Клетки морских губок в 3D могут увеличить производство лекарственных соединений

Морские губки (тип Porifera) — источник новых природных соединений, перспективных для борьбы с раком, COVID-19 и устойчивым к антибиотикам золотистым стафилококком. Однако эти химические агенты часто содержатся в следовых количествах, и добыча достаточного объёма биомассы из дикой природы для клинической разработки лекарств нецелесообразна.

Учёные из Института океанографии Харбор-Бранч Университета Флориды (FAU Harbor Branch) нашли решение. Ранее они впервые создали культуру клеток морских беспозвоночных (губок), разработав оптимизированную питательную среду для получения клеточных линий и быстрого деления.

Теперь исследователи впервые успешно культивировали клетки губок в 3D. Клетки в 2D-культуре демонстрируют иные биологические и физиологические характеристики, а их взаимодействия и функции ограничены. Новый 3D-метод лучше отражает, как клетки функционируют в природе, и поможет масштабировать производство биомассы губок и биологически активных метаболитов.

Для доказательства концепции была выбрана морская губка Geodia neptuni из Карибского бассейна. Учёные оценили клетки, культивируемые на трёх 3D-субстратах: дисках FibraCel, тонких слоях гидрогеля и гелевых микрокаплях. Цель — применение одного или нескольких методов для масштабирования.

Результаты, опубликованные в журнале Marine Drugs, показали, что:

• Питательные вещества и продукты губок быстро диффундируют в 3D-матрицу и из неё.
• Гелевые микрокапли можно масштабировать в колбах со стержнем для перемешивания.
• Клетки и/или секретируемые продукты можно легко извлечь.

«In vitro культивирование клеток губок — это захватывающая и альтернативная биологическая возможность для производства биомассы или биоактивных метаболитов», — говорит Ширли Помпони, доктор философии, ведущий автор. — «Культура клеток позволяет нам точно контролировать переменные среды и выбирать условия, способствующие увеличению производства».

Хотя аквакультура целых губок или их фрагментов в море была успешной для ограниченного числа видов, невозможность контролировать экстремальные погодные явления или вредоносное цветение водорослей делает этот вариант менее желательным.

«Культивирование клеток морских губок представляет уникальные проблемы, — отмечает Помпони. — Например, высокие значения солёности могут препятствовать правильному затвердеванию гидрогелей, а многие гели требуют отверждения при высоких температурах, летальных для клеток губок».

Учёные FAU Harbor Branch создали первый в мире биобанк криоконсервированных клеток морских беспозвоночных, содержащий клетки более чем 200 отдельных губок (более 50 видов). Он используется для поддержки исследований в области разработки лекарств, восстановления среды обитания и других биотехнологических приложений.

Исследование продолжается для масштабирования 3D-методов и увеличения производства химических веществ из губок для применения в здравоохранении.