Различия в силе адгезии позволяют выделять стволовые клетки для развития терапии

Новый процесс сепарации, основанный на легко различимой физической разнице в силах адгезии между клетками, может помочь расширить производство стволовых клеток, полученных с помощью клеточного репрограммирования. Облегчая новые исследования, этот процесс также может привести к улучшениям самой техники репрограммирования и помочь учёным моделировать определённые болезненные процессы.

Техника репрограммирования позволяет небольшому проценту клеток — часто взятых из кожи или крови — стать индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками человека (hiPSCs), способными производить широкий спектр других типов клеток. Однако эта техника неэффективна и создаёт смеси, в которых целевые клетки составляют лишь небольшой процент от общего объёма.

Чтобы решить проблему, исследователи из Технологического института Джорджии продемонстрировали настраиваемый процесс, разделяющий клетки по степени их адгезии к субстрату внутри микрофлюидного устройства. Адгезионные свойства hiPSCs значительно отличаются от свойств клеток, с которыми они смешаны, что позволяет выделить потенциально терапевтические клетки с чистотой до 99%.

Высокопроизводительный процесс сепарации, занимающий менее 10 минут, не полагается на технологии маркировки, такие как антитела. Поскольку он позволяет разделять целые колонии клеток, он избегает их повреждения, обеспечивая выживаемость клеток более 80%. Полученные клетки сохраняют нормальные транскрипционные профили, потенциал дифференцировки и кариотип.

Принцип разделения основан на физическом явлении силы адгезии, которая контролируется лежащей в основе биологией, — пояснил главный исследователь Андрес Гарсия. — Это очень мощная платформенная технология, потому что её легко внедрить и масштабировать.

Процесс, названный микро-высокоэффективное адгезионное выделение стволовых клеток (µSHEAR), вырос из понимания того, как клетки меняются морфологически в процессе репрограммирования. Используя устройство с вращающимся диском, исследователи измерили «адгезионную сигнатуру» каждого типа клеток — уровень силы, необходимый для отрыва клеток от субстрата, покрытого специфическими белками.

В тестах клеткам из культуры сначала давали прикрепиться к субстрату, а затем подвергали потоку буферной жидкости. Клетки с более низкой адгезионной сигнатурой отрывались при более низких скоростях потока. Изменяя скорость потока, исследователи смогли выделить специфические типы клеток из смесей, где они составляли всего несколько процентов.

В отличие от существующих методов маркировки, новый процесс работает с колониями клеток. Он был протестирован как с репрограммированными клетками крови, так и кожи.

Помимо прямого применения в производстве стволовых клеток, эта техника сепарации может помочь учёным в других исследованиях, где необходимо разделять клетки, включая потенциальные улучшения самой техники репрограммирования.

Репрограммирование клеток было «чёрным ящиком», — сказал соавтор Тодд МакДевитт. — Выделяя клетки, проходящие репрограммирование, мы можем сделать новые открытия о том, как происходит этот процесс.

Исследование, поддержанное Национальными институтами здоровья (NIH) и Национальным научным фондом (NSF), было опубликовано 7 апреля в онлайн-публикации журнала Nature Methods.