Создание комфортного 3D «дома» для совместного выращивания клеток

Ученые Лаборатории регуляции клеточной сигнализации МФТИ разработали новую недорогую и воспроизводимую систему для совместного культивирования (ко-культивирования) клеток. Система основана на полимеризованной мембране из бычьего сывороточного альбумина (BSA). Ее размер и рельеф определяются формой, созданной с помощью 3D-принтера. Возможность ко-культивирования обеспечивается магнитными наночастицами (NPs), сшитыми в мембрану, что позволяет удерживать ее на плаву в культуральной жидкости с помощью постоянного магнитного поля. Исследование опубликовано в журнале Bioprinting.

Для изучения взаимного влияния клеток их необходимо сначала разделить в пространстве. Простейшая модель ко-культивирования — использование так называемой кондиционированной среды, когда среда от одной популяции клеток переносится к другой. Однако в такой модели короткоживущие молекулы не успевают передаться клеткам-реципиентам, что исключает обратную связь, существующую в естественных условиях.

Более совершенные системы, например «Transwell», используют вставки с микропористыми мембранами. Их главные недостатки — высокая цена и невозможность самостоятельного воспроизведения в лаборатории. Эту проблему позволяет решить 3D-печать, которая дает возможность быстро и точно изготавливать устройства для экспериментов in vitro.

Илья Зубарев, ведущий научный сотрудник лаборатории, пояснил: «Мы решили создать матрицу на основе сшитого белка. Чтобы обеспечить возможность ко-культивирования разных клеток, мы выбрали оригинальное решение, которое раньше не использовалось. Чтобы удерживать белковую мембрану на определенной высоте внутри сосуда, мы решили насытить ее магнитными наночастицами. В качестве основного компонента мембраны был выбран бычий сывороточный альбумин (BSA). Этот белок нетоксичен, широко доступен и, как правило, уже есть в любой лаборатории».

Возможность ко-культивирования достигается за счет магнитной поддержки мембраны на плаву. Для этого в мембрану добавляют магнитные наночастицы, а над чашкой Петри размещают систему на основе постоянных магнитов. Клетки на мембране сохраняют жизнеспособность и могут делиться. Мембрану можно фиксировать для гистохимического или иммуноцитохимического окрашивания, а клетки — отделять для дальнейшего изучения.

Стоимость конечной мембраны составляет около одного доллара США, что в несколько раз дешевле коммерческих аналогов. Метод 3D-печати позволяет гибко и быстро адаптировать процесс изготовления под нужды конкретной лаборатории. Такие белковые мембраны можно изготовить в любой лаборатории, имеющей 3D-принтер и общелабораторные реагенты.

Зубарев добавил: «На дне чашки Петри, как и на мембране, выращивали разные типы клеток. Мембрана с клетками удерживалась на плаву в культуральной среде. В течение нескольких дней клетки обменивались сигналами, после чего можно было оценить их взаимное влияние. Такая система ко-культивирования может быть изготовлена в любой лаборатории и является экономичной альтернативой коммерческим вставкам».