Электрические импульсы управляют развитием стволовых клеток
Ученые из Мельбурна обнаружили, как крошечные электрические импульсы могут направлять рост стволовых клеток. Это открывает новые пути для улучшенных методов создания тканей, органов, нервов и костей.
Доктор Эми Гелми из Университета RMIT использовала передовую атомно-силовую микроскопию, чтобы отследить, как стволовые клетки меняют свою структуру под воздействием электрической стимуляции. Исследование впервые показывает, как живые стволовые клетки физически реагируют на внешние сигналы в реальном времени: они меняют форму в течение минут, запуская изменения, которые влияют на их конечную специализацию. Работа опубликована в журнале Advanced Materials Interfaces.
«Стволовые клетки — это часть всех нас... Эти крошечные клетки — наша собственная исцеляющая сверхспособность, способная формировать многие части нашего тела — если только мы поймем, как приказать им измениться», — говорит доктор Гелми.
В отличие от традиционного химического подхода, команда изучает, как клетки реагируют на физические и электрические сигналы. Это может помочь создать материалы, лучше имитирующие естественную среду организма, что критически важно для тканевой инженерии.
«Контролируя эти [электрические] сигналы точно, мы можем начать направлять поведение клеток и то, во что они могут превратиться... Это действительно многообещающе для тканевой инженерии и регенеративной медицины», — отмечает соавтор доктор Питер Шерелл.
Исследование показывает, что даже небольшие электрические изменения могут изменить жесткость и форму внутреннего скелета клетки, что, в свою очередь, влияет на её развитие.
Команда RMIT совместно с доктором Джозефом Берри из Мельбурнского университета смоделировала, как клетки преобразуют физическую стимуляцию в биологические ответы.
«Комбинируя экспериментальные данные с компьютерным моделированием, мы можем предсказать, как клетка отреагирует на различные электрические паттерны. Это дает нам дорожную карту для создания материалов или устройств, которые говорят с клетками на понятном им языке», — поясняет Берри.
Потенциальные применения и следующие шаги
Исследователи стремятся к сотрудничеству с промышленными партнерами в области биотехнологий и медицинских устройств. Потенциальные области применения включают:
- «Умные» имплантаты со встроенными микроэлектродами для стимуляции регенерации кости или нерва.
- Биореакторные системы, использующие электрические сигналы для предварительной подготовки стволовых клеток перед имплантацией.
- Материалы нового поколения, которые динамически адаптируются к телу по мере заживления.
«Будущее восстановления тканей — не только в химии. Оно в разработке материалов, которые могут чувствовать, общаться и адаптироваться», — резюмирует доктор Гелми.