Новый гидрогель для 3D-культивирования стволовых клеток
Ученые из Университета Осаки разработали новый гидрогель, который позволяет эффективно выращивать человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs) в трехмерной (3D) культуре.
Исследователи создали уникальный белок-«химеру», объединяющий свойства фибрина и молекулы клеточной адгезии ламинина-511 — ключевого компонента внеклеточного матрикса, поддерживающего плюрипотентные стволовые клетки в ранних эмбрионах. Это позволило получить синтетическую и безопасную альтернативу традиционным материалам.
Статья «Laminin-511-functionalized fibrin gel enables in-gel proliferation of human induced pluripotent stem cells» была опубликована в журнале Matrix Biology.
Новый материал прокладывает путь к химически определенному, применимому в клинике 3D-каркасу, который может заменить Matrigel. Это позволит создавать медицински значимые органоиды из iPS- и других стволовых клеток, что в конечном итоге продвинет регенеративную медицину и разработку лекарств.
Потребность в более безопасных материалах для 3D-культуры
Растущее использование органоидов в регенеративной медицине создало острую потребность в продвинутых 3D-субстратах. Нынешний стандарт, Matrigel, получают из опухолей мышей, и он непригоден для клинического применения из-за неопределенного состава и животного происхождения.
Исследователи искали безопасную, химически определенную альтернативу. Хотя фибриновый гель — это клинически проверенный биоматериал, он не обеспечивает адгезию для стволовых клеток. Целью данного исследования было преодолеть это, интегрировав мощные адгезивные свойства ламинина-511 в фибриновый каркас.
Создание нового каркаса для стволовых клеток
Исследовательская группа создала уникальную 3D-систему культивирования, чтобы преодолеть это ограничение. Они успешно интегрировали ламинин-511 — белок, критически важный для адгезии и пролиферации стволовых клеток, — в гель на основе фибрина. Фибрин — это естественный, биосовместимый белок, что делает его идеальным каркасом.
Исследование показало, что человеческие iPSCs можно успешно выращивать «внутри» этого специализированного геля, позволяя им пролиферировать в 3D-структуре, которая больше напоминает рост клеток в живых тканях. Ожидается, что этот метод будет эффективнее поддерживать жизнеспособность и плюрипотентность клеток по сравнению с традиционными техниками.
Значение для регенеративной медицины и не только
Этот инновационный метод культивирования может революционизировать производство стволовых клеток для терапевтического использования. Как химически определенная, ксеноген-свободная альтернатива Matrigel для 3D-культуры стволовых клеток, он напрямую решает ключевые проблемы безопасности и воспроизводимости. Его более сильные клеточно-адгезивные свойства также прокладывают путь для создания клинически применимых органоидов и продвижения регенеративной медицины без ограничений, связанных с материалами животного происхождения.
«Наш фрагмент ламинина-511 E8 широко используется для 2D-культуры, но Matrigel по-прежнему царствует в создании 3D-органоидов», — говорит профессор Киётоси Сэкигучи, старший автор статьи.
«После множества проб и ошибок мы пришли к этому белку Chimera-511. Путь к полной, клинически жизнеспособной замене Matrigel еще долог, но эта работа — значительный шаг в этом направлении».