Эффективность получения клеточных листов сильно зависит от длины и плотности полимерных щёток
Подготовка клеточных листов для тканевой инженерии и регенеративной терапии может быть значительно улучшена за счёт использования термочувствительных полимерных щёток, настроенных по длине и плотности под конкретные типы клеток.
Клеточные листы — это один слой клеточной ткани с поверхностью из внеклеточного матрикса (ECM), что позволяет легко трансплантировать их в организм-реципиент благодаря клейкому эффекту ECM. Такие листы можно складывать в плотные ткани, что важно для регенеративной медицины.
Хотя трансплантация клеточных листов уже используется, некоторые аспекты технологии не были полностью изучены для максимизации эффективности их получения. Исследователи стремились определить оптимальную конфигурацию структур в термочувствительных полимерах для повышения эффективности производства клеточных листов.
Результаты опубликованы в журнале Biomaterials Science в феврале 2025 года.
Исследование сосредоточено на термочувствительном полимере поли(N-изопропилакриламиде) (PNIPAAm). PNIPAAm меняет свою гидрофобность в зависимости от внешней температуры, что делает его эффективным для систем доставки лекарств, биосенсоров и диагностических устройств.
«Эти результаты показывают, что оптимальные условия щёток PNIPAAm для подготовки клеточных листов варьируются в зависимости от типа клеток. Таким образом, модуляция плотности и длины щёток PNIPAAm — эффективный подход для подготовки целевых клеточных листов», — говорит ведущий исследователь Кеничи Нагасе, профессор Высшей школы биомедицинских и медицинских наук Хиросимского университета.
Когда PNIPAAm обезвоживается, происходит адгезия клеток к модифицированной PNIPAAm чашке, а их пролиферация начинается примерно через 4–5 дней инкубации. Затем температура снижается для гидратации PNIPAAm, и клеточный лист отслаивается от полимерной поверхности.
Способность клеток к адгезии зависит от ECM, но на неё также влияют другие факторы, включая плотность щёток PNIPAAm (влияет на адсорбцию белка) и их длину (влияет на гидратацию).
Плотность щёток PNIPAAm регулировали, меняя состав инициатора при их приготовлении, а длину — изменяя концентрацию мономера. Эти параметры необходимо подбирать в зависимости от типа клеток для максимальной эффективности.
Эффект гидратации усиливался с увеличением длины щёток, а адсорбция фибронектина (белка ECM) возрастала при снижении плотности щёток PNIPAAm. Исследование шести различных типов щёток PNIPAAm подтвердило, что для разных типов клеток требуются разные длина и плотность щёток для достижения наилучших результатов.
В будущем исследователи планируют вывести термочувствительные культуральные чашки на коммерческий рынок для клинического использования, что ускорит развитие тканевой инженерии и регенеративной медицины. Конечная цель — более персонализированный подход к производству клеточных листов за счёт настройки характеристик полимерных щёток под целевой тип клеток.
В исследовании участвовали Кеничи Нагасе, Теруо Окано из Института передовой биомедицинской инженерии и науки Токийского женского медицинского университета и Центра тканевой инженерии клеточных листов Университета Юты, а также Акихико Кикучи и Минами Ватанабэ с факультета материаловедения и технологий Токийского университета науки.