Магнитные нано-«пастухи» организуют клетки

Использование магнетизма может решить одну из главных проблем биоинженерии тканей — не только заставить человеческие клетки формировать структуры, но и стимулировать рост кровеносных сосудов для их питания.

Междисциплинарная группа учёных из Университета Дьюка, Университета Кейс Вестерн Резерв и Массачусетского университета в Амхерсте создала среду, в которой магнитные частицы, взвешенные в специальном растворе, действуют как молекулярные овчарки. В ответ на внешние магнитные поля эти «пастухи» направляют свободно плавающие человеческие клетки, заставляя их формировать цепочки. Такие структуры потенциально можно интегрировать в методы создания человеческих тканей и органов.

Клетки не только естественным образом сцепляются друг с другом при контакте, но и такое выровненное расположение может способствовать или ускорять создание и рост крошечных кровеносных сосудов.

«Мы разработали перспективный способ использования магнетизма для манипулирования человеческими клетками, свободно плавающими в растворе с магнитными наночастицами», — заявил Рэндалл Эрб, аспирант лаборатории Бенджамина Йеллена в Университете Дьюка.

Мелисса Кребс, соавтор статьи, опубликованной в онлайн-версии журнала Nano Letters (Американское химическое общество), отметила: «Когда эндотелиальные клетки выстраиваются линейно, как в наших экспериментах, это может помочь им организоваться в крошечные трубочки».

Ключевая технология: нетоксичные феррожидкости

Используемые наночастицы, содержащие железо, взвешены в жидкости, известной как феррожидкость. Эти жидкости сильно намагничиваются в присутствии внешнего магнетизма, что позволяет легко управлять формированием цепочек, меняя силу магнитного поля.

Важнейшим компонентом стала разработка коллегами из Массачусетского университета метода покрытия магнитных наночастиц бычьим сывороточным альбумином (BSA). Этот биохимически инертный белок защитил клетки от токсичного железа. После завершения процесса наночастицы просто смываются, остаётся только линейная цепочка живых и здоровых клеток.

«Другие пытались использовать магнитные частицы внутри или на поверхности клеток. Однако железо в наночастицах может быть токсично, а процесс их удаления вреден для клетки и её функций», — пояснил Рэндалл Эрб.

Перспективы и следующие шаги

В экспериментах использовались клетки эндотелия пупочной вены человека, но метод, по-видимому, работает с любым типом клеток.

«Мы показали, что можем формировать ориентированные клеточные структуры. Следующий шаг — выяснить, будет ли такое пространственное расположение клеток в трёх измерениях способствовать формированию сосудов. Сосудизация — это главное препятствие в тканевой инженерии, и мы надеемся, что эта технология может помочь решить проблему», — сказал Эбен Алсберг, старший автор статьи.