211service.com
Mini stamcellslaboratorier
Stamcellsterapier utses ofta som framtiden för vävnadsteknik och regenerativ medicin. Men en av utmaningarna med att utveckla sådana terapier är att skapa en miljö där stamceller kan växa. Ett ytterligare hinder innebär att designa ett fordon för att leverera stamceller till deras mål, utan att upptäckas av kroppens immunsystem. Nu har forskare vid Northwestern University konstruerat ett miniatyrlaboratorium i form av en liten gelliknande påse. De odlade framgångsrikt stamceller i säcken och levererade proteiner och näringsämnen till cellerna genom säckens membran. Forskare säger att säcken kan fungera som ett leveranssystem för stamceller och andra läkemedel, som skyddar dem tills de når sitt mål. Samuel Stupp , ledande forskare och styrelseprofessor i materialvetenskap och ingenjörskonst, kemi och medicin vid Northwestern, säger att upptäckten kan ha lovande tillämpningar inom cellterapi och regenerativ medicin.
Minilabb: Denna lilla påse, gjord av en kombination av polymer och molekylära lösningar, kan omedelbart kapsla in stamceller. Säcken kan användas som ett miniatyrlaboratorium där stamceller kan växa, eller som ett transportmedel för olika läkemedel, som skyddar dem från kroppens immunsvar tills säcken når sitt mål.
Du kan transplantera dessa säckar inuti en patient, säger Stupp. Och i säcken skulle cellerna skyddas, tills de blir mer etablerade i ett organ eller vävnad. Då ska påsen kunna brytas ned biologiskt.
Teamet utvecklade påsen efter månader av att blanda olika molekylära lösningar tillsammans.
När vi skulle blanda lösningar fick vi ibland en grumlig lösning eller fällningar, men inget vi tyckte var intressant, säger Stupp. Och en bra dag kom min postdoc in på mitt kontor med en påse, och jag visste att vi hade något bra. Och sedan ägnade vi mer än ett år åt att försöka förstå vad som hände.
Multimedia
Se hur säckarna görs och sys.
Forskare utvecklade påsen från en kombination av två molekyler: en peptidamfofil (PA), en syntetisk molekyl som Stupps labb utvecklade för sju år sedan, och hyaluronsyra (HA), en molekyl som finns i leder och brosk. Teamet hällde först PA-lösningen i en stor flaska och tillsatte sedan HA-lösningen. Nästan omedelbart började de två vätskorna stelna vid kontaktpunkten.
När Stupp tittade närmare på interaktionen fann han att de lättare PA-molekylerna omgav HA-molekylerna och förseglade dem för att skapa en enda påse eller påse. Intressant nog fortsatte säcken att växa även efter att den hade bildats, expanderade och skapade ett tjockare membran ju längre den förblev i lösning. Forskare stoppade dess tillväxt genom att helt enkelt ta bort påsen från flaskan med en pincett.
Men exakt varför interagerar dessa molekyler så starkt? Stupp förklarar att PA-molekylerna är särskilt förberedda för att bilda fasta strukturer. I flytande lösning håller PA-molekyler en enhetlig positiv laddning, som i huvudsak stöter bort varandra och förblir i flytande form. Men så fort den kommer i kontakt med en negativt laddad lösning som HA, stöter inte PA-molekylerna lika mycket bort, och de börjar automatiskt bilda fibrer i nanoskala.
Det här är en väldigt potent reaktion, säger Stupp. Dessa molekyler vill kristallisera, och när de ser hyaluronsyra väver de ett tyg av fibrer i kontaktplanet mellan vätskorna.
Dessutom, efter att påsen har bildats, skapar den en enorm obalans i elektrisk laddning, som verkar för att pumpa eventuellt tillsatt HA genom påsens membran. Denna pumpverkan leder till att fler HA-molekyler kommer i kontakt med PA-molekyler, och som ett resultat, fann teamet, fortsatte påsen att växa i upp till fyra dagar i lösning. Stupp säger att teamet kan skräddarsy säckens storlek och tjocklek genom att helt enkelt lämna den i lösning under olika lång tid.
I en andra omgång av experiment kombinerade teamet stamceller med HA-lösningen och hällde sedan blandningen i en flaska med PA-molekyler. Den här gången kapslade PA-molekylerna in både HA-molekylerna och stamcellerna. Forskare lade till specifika proteiner till lösningen och fann att de penetrerade säckens membran trots dess tjocklek. Dessa proteiner stimulerade stamceller att differentiera till brosk, vilket effektivt skapade ett miniatyrstamcellslaboratorium inuti påsen.
Stupp säger att sådana säckar kan ge säkra, slutna miljöer för att odla stamceller innan de transplanteras in i kroppen. Dessutom, medan proteiner kunde passera säckens membran, säger Stupp att immunceller skulle vara för stora för att penetrera, vilket förhindrar att säcken och dess innehåll förstörs innan de kan agera på sitt mål.
Stupp säger att som ett transportmedel kan säckarna odlas tillräckligt små för att resa genom blodomloppet, eller tillräckligt robusta för att sys fast på en målvävnad eller ett målorgan.
Under nästa år planerar teamet att odla andra celler i dessa säckar och studera tillväxten av tumörer, till exempel som reaktion på specifika läkemedel eller molekyler.
Du kan också ha kolonier av olika celler i olika säckar tillsammans - ett hallon av säckar - och du kan utsätta dem för flera signaler, säger Stupp. Vilket kan vara värdefullt inom cellbiologi, att studera signaler mellan celler i en tredimensionell miljö.
James Baker , chef för Michigan Nanotechnology Institute for Medicine and Biological Sciences, säger att lagets upptäckt kan ha viktiga konsekvenser för vävnadsteknik. En stor fördel är förmågan att potentiellt organisera celler i unika strukturer, säger han. Det erbjuder potentialen att utveckla specialiserade vävnadsstrukturer ... en mycket imponerande prestation.