Ученые использовали наноузоры из металло-органических каркасов с биомолекулами для управления дифференцировкой искусственных стволовых клеток

Стволовые клетки — это исходный материал организма, дающий начало всем другим специализированным клеткам и тканям. Превращение в конкретные клетки происходит через процесс "дифференцировки", когда стволовые клетки делятся, образуя дочерние клетки. Это открывает возможности для регенеративной терапии, где функциональные здоровые клетки, полученные из стволовых, могут лечить повреждения.

Однако дифференцировка стволовых клеток в лаборатории — трудоемкий процесс, требующий тщательного добавления факторов дифференцировки в культуральную среду и сильно зависящий от навыков исследователя. Поэтому новая платформа для стабильной долгосрочной подачи факторов дифференцировки крайне желательна.

В новом исследовании ученые из Кореи под руководством доцента Тэ-Хёна Кима из Чунганского университета предложили оригинальное решение. Они разработали платформу на основе металло-органических каркасов (MOF) — гибридных кристаллических пористых материалов, созданных из ионов металла и органических лигандов. Благодаря пористой структуре MOF отлично подходят для захвата и долговременного высвобождения нужных молекул. Это навело команду на идею использовать MOF для хранения и высвобождения биосовместимых наночастиц, необходимых для дифференцировки стволовых клеток. Работа опубликована в Science Advances.

В качестве доказательства концепции команда выбрала нейральные стволовые клетки и поместила в нанокристаллический MOF (nUiO-67) наночастицы, загруженные ретиноевой кислотой — важным компонентом для нейрональной дифференцировки. Однако возникла проблема: прямое добавление наночастиц в культуральную среду может вызвать проблемы с безопасностью для терапевтического использования, а также повредить структуры наночастиц из-за присутствия редокс-ферментов и активных форм кислорода (ROS) внутри клеток.

Чтобы обойти эту проблему, команда отделила стволовые клетки от MOF, создав периодические массивы нанолунок с помощью техники "лазерной интерференционной литографии".

Оптимизировав эти массивы так, чтобы каждая лунка захватывала один MOF, команда создала платформу под названием "массивы нанолунок с внедренными одиночными наночастицами металло-органических каркасов (SMENA)", способную автоматически превращать стволовые клетки в нейроны.

SMENA предлагает два больших преимущества перед обычным методом дифференцировки in vitro:

1. Она устраняет сложные экспериментальные этапы и типичные проблемы, связанные с контаминацией клеток и вариациями между партиями.
2. Непрерывная и стабильная подача факторов дифференцировки ускоряет процесс, приводя к примерно 40-кратному увеличению экспрессии маркеров нейрональных клеток по сравнению со стандартными протоколами.

Эти результаты открывают многообещающие перспективы для SMENA. Платформа может облегчить и ускорить использование различных источников стволовых клеток для клинических применений и скрининга лекарств. Функциональные клетки, полученные с помощью SMENA, могут быть использованы для лечения различных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона. Исследование также было недавно представлено как важная работа в Nature Reviews Materials.