Чип удерживает отдельные клетки в центре микрогелей

Исследователи из института MIRA Университета Твенте разработали чип, способный захватывать и удерживать отдельные клетки в точном центре крошечной капли гидрогеля. Их новый метод сохраняет клетки живыми в течение нескольких недель, что упрощает их изучение.

Это позволяет, например, тестировать действие новых лекарств и улучшать терапию стволовыми клетками с беспрецедентным контролем. Детали исследования опубликованы в престижном журнале Small и даже размещены на его обложке.

Проблема и решение

Многие учёные нуждаются в методах изучения отдельных клеток (например, стволовых) в течение нескольких недель. Это важно для тестирования лекарств, фундаментальных исследований болезней и разработки клеточной терапии.

Обычный метод изучения отдельных клеток вне организма включает их «захват» и культивирование в крошечных каплях гидрогеля (микрогелях). Однако все попытки культивировать отдельные клетки в таких контролируемых условиях долгое время терпели неудачу — клетки покидали микрогели в течение нескольких дней, что ограничивало применение технологии.

Исследователи из MIRA установили, что сбегающие клетки почти всегда находились на краю микрогелей. С помощью высокоскоростных камер они выяснили, что причина в текущем методе производства. Проблему решили, разработав чип, который захватывает клетки в точном центре микрогелей. Этот подход не только предотвратил побег клеток, но и обеспечил выживаемость более 90% клеток в течение как минимум 28 дней.

Метод «отложенного гелеобразования»

Гидрогель в основном состоит из набухшей водой полимерной сети. Его структура напоминает естественные ткани, что делает гидрогели идеальными для 3D-культивирования клеток. Исследователи обнаружили, что ключ — не сшивать полимеры во время формирования капли, а запускать этот процесс сразу после, используя технику «отложенного гелеобразования». Это позволяет клетке переместиться в центр капли-предшественника гидрогеля, содержащей полимер и ферменты. После центрирования клетки жидкие капли обрабатывают перекисью водорода, превращая их в стабильные микрогели.

Применения

Новый чип позволяет изолировать и культивировать отдельные клетки (например, стволовые) в естественной 3D-среде в течение длительного времени. Это даёт возможность тестировать действие новых препаратов на отдельные клетки, изучать болезни на фундаментальном уровне и повышать эффективность клеточной терапии. В исследовании показано, что, меняя состав микрогеля, можно направлять дифференцировку отдельных стволовых клеток в специфические типы, например, в костные или жировые клетки.

Микрогели также можно использовать как строительные блоки для печати тканей со сложной внутренней структурой.

Новый чип создаёт сотни микрогелей в секунду, каждый с отдельной клеткой. Для многих клинических применений этого всё ещё недостаточно быстро. Улучшенный прототип увеличит скорость производства в тысячу раз, что в итоге позволит осуществить клинический перевод этой технологии.