Mini laboratoře kmenových buněk

Terapie kmenovými buňkami jsou často nabízeny jako budoucnost tkáňového inženýrství a regenerativní medicíny. Jednou z výzev pro vývoj takových terapií je však vytvoření prostředí, ve kterém mohou kmenové buňky růst. Další překážkou je navržení vozidla, které doručí kmenové buňky do cíle, aniž by je imunitní systém těla detekoval. Nyní vědci z Northwestern University zkonstruovali miniaturní laboratoř ve formě malého gelovitého váčku. Úspěšně pěstovali kmenové buňky ve vaku a dodávali proteiny a živiny buňkám přes membránu vaku. Výzkumníci říkají, že vak může fungovat jako transportní systém pro kmenové buňky a další léky, které je chrání, dokud nedosáhnou svého cíle. Samuel Stupp , vedoucí výzkumný pracovník a profesor správní rady materiálových věd a inženýrství, chemie a medicíny na Northwestern, říká, že objev může mít slibné aplikace v buněčné terapii a regenerativní medicíně.

Minilaboratoř: Tento malý váček, vyrobený z kombinace polymeru a molekulárních roztoků, dokáže okamžitě zapouzdřit kmenové buňky. Váček může být použit jako miniaturní laboratoř, kde mohou růst kmenové buňky, nebo jako transportní prostředek pro různé léky, které je chrání před imunitní reakcí těla, dokud váček nedosáhne svého cíle.

Tyto vaky byste mohli transplantovat do pacienta, říká Stupp. A ve vaku by byly buňky chráněny, dokud se více neusadí v orgánu nebo tkáni. Pak by měl být vak schopen biologického rozkladu.

Tým vyvinul vak po měsících míchání různých molekulárních roztoků dohromady.

Když jsme míchali roztoky, někdy jsme dostali zakalený roztok nebo sraženiny, ale nic, co bychom považovali za zajímavé, říká Stupp. A jednoho dobrého dne můj postdoktor vešel do mé kanceláře s vakem a já věděl, že máme něco dobrého. A pak jsme strávili více než rok snahou pochopit, co se stalo.

Multimédia

• Podívejte se, jak se váčky vyrábí a šijí.

Výzkumníci vyvinuli vak z kombinace dvou molekul: peptidového amfofilu (PA), syntetické molekuly, kterou Stuppova laboratoř vyvinula před sedmi lety, a kyseliny hyaluronové (HA), molekuly nalezené v kloubech a chrupavce. Tým nejprve nalil roztok PA do velké lahvičky a poté přidal roztok HA. Téměř okamžitě začaly obě kapaliny v místě kontaktu tuhnout.

Když se Stupp podíval na interakci blíže, zjistil, že lehčí molekuly PA obklopily molekuly HA a uzavřely je a vytvořily jediný váček nebo vak. Zajímavé je, že vak i po svém vzniku dále rostl, čím déle setrvával v roztoku, roztahoval se a vytvářel silnější membránu. Vědci zastavili její růst jednoduchým odstraněním vaku z lahvičky pomocí pinzety.

Ale proč přesně tyto molekuly interagují tak silně? Stupp vysvětluje, že molekuly PA jsou speciálně připraveny k vytvoření pevných struktur. V kapalném roztoku mají molekuly PA jednotný kladný náboj, v podstatě se odpuzují a zůstávají v kapalné formě. Jakmile se však dostane do kontaktu s negativně nabitým roztokem, jako je HA, molekuly PA se tolik neodpuzují a automaticky začnou vytvářet nanovlákna.

To je velmi silná reakce, říká Stupp. Tyto molekuly chtějí krystalizovat, a když uvidí kyselinu hyaluronovou, utkají tkaninu z vláken v rovině kontaktu mezi kapalinami.

A co víc, poté, co se vak vytvoří, vytváří obrovskou nerovnováhu elektrického náboje, který působí tak, že přečerpává přidanou HA přes membránu vaku. Tato pumpovací akce přivádí více molekul HA do kontaktu s molekulami PA a v důsledku toho tým zjistil, že vak pokračoval v růstu až čtyři dny v roztoku. Stupp říká, že tým může přizpůsobit velikost a tloušťku vaku tím, že jej jednoduše nechá v roztoku po různě dlouhou dobu.

Ve druhém kole experimentů tým spojil kmenové buňky s roztokem HA a poté nalil směs do lahvičky s molekulami PA. Tentokrát molekuly PA zapouzdřily jak molekuly HA, tak kmenové buňky. Výzkumníci přidali do roztoku specifické proteiny a zjistili, že pronikly membránou vaku navzdory jeho tloušťce. Tyto proteiny stimulovaly kmenové buňky, aby se diferencovaly na chrupavku a účinně tak vytvořily miniaturní laboratoř kmenových buněk uvnitř vaku.

Stupp říká, že takové vaky mohou poskytnout bezpečné, uzavřené prostředí pro růst kmenových buněk před jejich transplantací do těla. Kromě toho, zatímco proteiny dokázaly proniknout membránou vaku, Stupp říká, že imunitní buňky by byly příliš velké na to, aby pronikly, čímž by zabránily zničení vaku a jeho obsahu dříve, než budou moci působit na svůj cíl.

Stupp říká, že jako transportní prostředek mohou být váčky dostatečně malé, aby prošly krevním řečištěm, nebo dostatečně robustní, aby mohly být přišity k cílové tkáni nebo orgánu.

V příštím roce tým plánuje pěstovat v těchto váčcích další buňky a studovat růst nádorů, například v reakci na konkrétní léky nebo molekuly.

Můžete také mít kolonie různých buněk v různých váčcích pohromadě – malinu váčků – a můžete je vystavit více signálům, říká Stupp. Což by mohlo být cenné v buněčné biologii, při studiu signálů mezi buňkami v trojrozměrném prostředí.

James Baker , ředitel Michiganského nanotechnologického institutu pro lékařství a biologické vědy, říká, že objev týmu může mít důležité důsledky v tkáňovém inženýrství. Hlavní výhodou je schopnost potenciálně organizovat buňky do jedinečných struktur, říká. Nabízí potenciál k rozvoji specializovaných tkáňových struktur … velmi působivý úspěch.

skrýt