Создана контролируемая среда для развития стволовых клеток
Клинический потенциал технологий стволовых клеток ограничен сложностью их эффективного превращения в нужный тип клеток (мышечные, кожные, костные, нейроны и т.д.).
Новое исследование, представленное 16 июня 2011 года на ежегодной встрече Международного общества по исследованию стволовых клеток (ISSCR), показывает, что системный контроль локальной и глобальной среды во время развития стволовых клеток помогает эффективно направлять процесс дифференцировки. В будущем это может быть использовано для разработки процедур производства больших количеств стволовых клеток для диагностики и терапии. Исследование спонсируется NSF и NIH.
"Стволовые клетки не принимают решения изолированно; их решения пространственно и временно направляются биохимическими и механическими сигналами в их окружении", — сказал Тодд МакДевитт, директор Центра инженерии стволовых клеток в Технологическом институте Джорджии.
Исследователи разработали системы, позволяющие жёстко контролировать эти свойства во время дифференцировки, а также вводить новые факторы роста или изменять условия.
Контроль через локальную среду
Многие лабораторные методы позволяют стволовым клеткам агрегировать в трёхмерные скопления — "эмбриоидные тельца". Учёные включили в эти агрегаты во время их формирования биоматериальные частицы из желатина, поли(молочной-со-гликолевой кислоты) (PLGA) или агарозы.
- Наличие биоматериалов само по себе модулировало дифференцировку эмбриоидных телец, не влияя на жизнеспособность клеток.
- Доставка факторов дифференцировки (ретиноевая кислота, BMP4, VEGF) через микросферы индуцировала изменения в паттернах экспрессии генов и белков агрегатов по сравнению с типичными методами доставки.
Включая в эмбриоидные тельца крошечные магнитные частицы, исследователи смогли с помощью магнита пространственно контролировать расположение агрегата и его сборку с другими. Магнитные частицы не влияли на жизнеспособность или дифференцировку клеток.
"С биоматериальными и магнитными микрочастицами мы начинаем воссоздавать типы сложных геометрических паттернов, наблюдаемых на ранних стадиях развития", — отметил МакДевитт.
Контроль через глобальную среду
Эксперименты показали, что модуляция гидродинамических условий может диктовать морфологию формирования клеточных агрегатов и контролировать экспрессию дифференцированных фенотипических маркеров клеток.
"Использование гидродинамики для контроля клеточной судьбы представляет собой новый, но простой принцип, который в будущем может быть использован для масштабируемого эффективного производства стволовых клеток", — добавил МакДевитт.
Технологии, способные быть напрямую интегрированными в биопроцессинговые системы, станут лучшим выбором для производства больших партий стволовых клеток. В будущем разработка многоуровневых методов, сочетающих локальный и глобальный контроль, может помочь внедрению стволовых клеток в жизнеспособные клинические терапии.