Нанороботы направляют стволовые клетки в костные с помощью точного давления
Впервые исследователям из Технического университета Мюнхена (TUM) удалось использовать нанороботов для стимуляции стволовых клеток с такой точностью, что они надежно превращаются в костные клетки. Для этого роботы оказывают внешнее давление на определенные точки клеточной стенки. Новый метод открывает возможности для более быстрого лечения в будущем.
Нанороботы профессора Берны Озкале Эдельманн состоят из крошечных золотых стержней и пластиковых цепей. Несколько миллионов из них содержатся в гелевой подушке размером всего 60 микрометров вместе с несколькими человеческими стволовыми клетками. Приводимые в движение и управляемые лазерным светом, роботы, похожие на крошечные шарики, механически стимулируют клетки, оказывая давление.
«Мы локально нагреваем гель и с помощью нашей системы точно определяем силы, с которыми нанороботы давят на клетку, тем самым стимулируя ее», — объясняет профессор нано- и микроробототехники TUM. Эта механическая стимуляция запускает биохимические процессы в клетке. Меняют свои свойства ионные каналы, активируются белки, включая один, особенно важный для формирования кости.
Исследование опубликовано в журналах Advanced Materials и Small Science.
Сердечные и хрящевые клетки: Поиск правильного паттерна стресса
Если стимуляция проводится в правильном ритме и с правильной (низкой) силой, стволовая клетка может быть надежно спровоцирована на развитие в костную клетку в течение трех дней. Этот процесс может быть завершен в течение трех недель.
«Соответствующий паттерн стресса можно найти и для хрящевых, и для сердечных клеток», — говорит профессор Озкале Эдельманн. «Это почти как в спортзале: мы тренируем клетки для конкретной области применения. Теперь нам просто нужно выяснить, какой паттерн стресса подходит каждому типу клеток», — говорит руководитель лаборатории микробиотической биоинженерии TUM.
Механические силы прокладывают путь для трансформации в костные клетки
Исследовательская группа производит костные клетки из мезенхимальных стволовых клеток. Эти клетки считаются «ремонтными клетками» организма. Их размер составляет примерно 10–20 микрометров, и они в целом способны развиваться, например, в костные, хрящевые или мышечные клетки. Сложность в том, что трансформация в дифференцированные клетки сложна и до сих пор с трудом поддавалась контролю.
«Мы разработали технологию, которая позволяет очень точно прикладывать силы к клетке в трехмерной среде», — говорит профессор Озкале Эдельманн. «Это представляет собой беспрецедентный прогресс в этой области». Исследователи полагают, что этот метод можно будет использовать даже для производства хрящевых и сердечных клеток из человеческих стволовых клеток.
Для лечения врачам в конечном итоге потребуется гораздо больше дифференцированных клеток — около 1 миллиона. «Поэтому следующий шаг — автоматизировать наш производственный процесс, чтобы мы могли производить больше клеток быстрее», — говорит профессор Озкале Эдельманн.