Изогнутые поверхности ограничивают распространение и индуцируют дифференцировку стволовых клеток

Изобретение Шэньюаня Яна из Флоридского технологического института позволяет естественным образом сужать распространение стволовых клеток и обладает потенциалом для индукции и регуляции их дифференцировки.

С использованием запатентованной и патентующейся технологии Яна стволовые клетки выращивали на микроскопических стеклянных шариках, иммобилизованных в гелевой среде. В отличие от хорошо распластанных клеток на двумерной поверхности, клетки на стеклянных шариках были почти равномерно веретенообразными. Более того, это ограничение распространения, индуцированное кривизной поверхности, также вызвало дифференцировку стволовых клеток.

Эти результаты подразумевают, что кривизна субстрата, обеспечиваемая стеклянными шариками, может быть использована и настроена для клеточной и тканевой инженерии.

Исследование недавно опубликовано в Biotechnology Journal.

Команда Яна использовала стеклянные шарики диаметром от 5 мкм до 4 мм. Они обнаружили, что минимальный диаметр шарика, на котором человеческая мезенхимальная стволовая клетка (hMSC) может прикрепиться и распластаться, составляет 500 мкм. Эксперименты по экспрессии генов показали, что hMSC, растущие на шариках диаметром 1.1 мм и менее, дифференцировались в жировые клетки без добавления каких-либо индукционных сред для дифференцировки.

Это означает, что кривизну поверхности субстрата можно потенциально проектировать и оптимизировать для достижения или изменения конкретной формы и функции клетки. Кроме того, из-за разной чувствительности различных типов клеток к кривизне субстрата, конкретная кривизна среды роста, например, стеклянные шарики разного размера, может также использоваться для создания устройств сортировки клеток.

На основе экспериментальных данных Ян подал три патентные заявки, охватывающие применение концепции кривизны субстрата для сортировки клеток, направления дифференцировки стволовых клеток, управления прикреплением и распространением клеток, а также индукции изотропного распространения клеток.

Некоторые прошлые исследования показали роль геометрических сигналов во влиянии на дифференцировку стволовых клеток на двумерных поверхностях, но до сих пор отсутствовали данные о влиянии субстратов с заданной кривизной на поведение стволовых клеток. Ян заявил, что исследования клеточных реакций на кривизну субстрата необходимы и критически важны для понимания клеточного поведения в трехмерных микромеханических средах и для проектирования эффективных трехмерных микромеханических сред для контроля развития клеток и тканей. С помощью своего уникального класса субстратов с заданной кривизной — гелей со встроенными микроскопическими стеклянными шариками — можно систематически исследовать влияние кривизны субстрата на поведение стволовых клеток.

После этого многообещающего первого опубликованного отчета группа Яна продолжит систематически исследовать влияние кривизны субстрата на поведение стволовых клеток.