211service.com
Mini-stamcelle-laboratorier
Stamcelleterapier bliver ofte udråbt som fremtiden for vævsteknologi og regenerativ medicin. Men en af udfordringerne ved at udvikle sådanne terapier er at skabe et miljø, hvor stamceller kan vokse. En yderligere forhindring involverer at designe et køretøj til at levere stamceller til deres mål uden at blive opdaget af kroppens immunsystem. Nu har forskere ved Northwestern University konstrueret et miniaturelaboratorium i form af en lille, gel-lignende sæk. De dyrkede med succes stamceller i sækken og leverede proteiner og næringsstoffer til cellerne gennem sækkens membran. Forskere siger, at sækken kan fungere som et leveringssystem for stamceller og andre lægemidler, der beskytter dem, indtil de når deres mål. Samuel Stupp , ledende forsker og bestyrelsesprofessor i materialevidenskab og teknik, kemi og medicin ved Northwestern, siger, at opdagelsen kan have lovende anvendelser inden for celleterapi og regenerativ medicin.
Mini-lab: Denne lille sæk, lavet af en kombination af polymer og molekylære opløsninger, kan øjeblikkeligt indkapsle stamceller. Sækken kan bruges som et miniaturelaboratorium, hvor stamceller kan vokse, eller som et transportmiddel til forskellige lægemidler, der beskytter dem mod kroppens immunrespons, indtil sækken når sit mål.
Du kunne transplantere disse poser inde i en patient, siger Stupp. Og i sækken ville cellerne være beskyttet, indtil de bliver mere etableret i et organ eller væv. Så burde sækken være i stand til at nedbrydes biologisk.
Holdet udviklede posen efter måneder med at blande forskellige molekylære opløsninger sammen.
Når vi blandede opløsninger, fik vi nogle gange en uklar opløsning eller bundfald, men intet, vi syntes var interessant, siger Stupp. Og en god dag gik min postdoc ind på mit kontor med en pose, og jeg vidste, at vi havde noget godt. Og så brugte vi mere end et år på at prøve at forstå, hvad der skete.
Multimedier
Se, hvordan sækkene er lavet og syet.
Forskere udviklede sækken fra en kombination af to molekyler: en peptidamfofil (PA), et syntetisk molekyle, som Stupps laboratorium udviklede for syv år siden, og hyaluronsyre (HA), et molekyle, der findes i led og brusk. Holdet hældte først PA-opløsningen i et stort hætteglas og tilføjede derefter HA-opløsningen. Næsten øjeblikkeligt begyndte de to væsker at størkne ved kontaktpunktet.
Da Stupp så nærmere på interaktionen, fandt han ud af, at de lettere PA-molekyler omgav HA-molekylerne og forseglede dem for at skabe en enkelt pose eller sæk. Interessant nok fortsatte sækken med at vokse, selv efter dens dannelse, udvidede sig og skabte en tykkere membran, jo længere den forblev i opløsning. Forskere stoppede dens vækst ved blot at fjerne sækken fra hætteglasset med en pincet.
Men hvorfor interagerer disse molekyler så stærkt? Stupp forklarer, at PA-molekylerne er særligt primet til at danne faste strukturer. I flydende opløsning holder PA-molekyler en ensartet positiv ladning, der i det væsentlige frastøder hinanden og forbliver i flydende form. Men så snart det kommer i kontakt med en negativt ladet opløsning som HA, frastøder PA-molekylerne ikke så meget, og de begynder automatisk at danne fibre i nanoskala.
Det er en meget potent reaktion, siger Stupp. Disse molekyler ønsker at krystallisere, og når de ser hyaluronsyre, væver de et stof af fibre i kontaktplanet mellem væskerne.
Hvad mere er, efter at sækken er dannet, skaber den en enorm ubalance i elektrisk ladning, som virker til at pumpe eventuel tilsat HA gennem sækkens membran. Denne pumpevirkning bringer flere HA-molekyler i kontakt med PA-molekyler, og som et resultat, fandt holdet, fortsatte sækken med at vokse i op til fire dage i opløsning. Stupp siger, at holdet kan skræddersy posens størrelse og tykkelse ved blot at lade det ligge i opløsning i forskellige længder af tid.
I en anden runde af eksperimenter kombinerede holdet stamceller med HA-opløsningen og hældte derefter blandingen i et hætteglas med PA-molekyler. Denne gang indkapslede PA-molekylerne både HA-molekylerne og stamcellerne. Forskere tilføjede specifikke proteiner til opløsningen og fandt ud af, at de trængte ind i sækkens membran på trods af dens tykkelse. Disse proteiner stimulerede stamceller til at differentiere til brusk, hvilket effektivt skabte et miniature-stamcellelaboratorium inde i sækken.
Stupp siger, at sådanne poser kan give sikre, lukkede miljøer, hvor man kan dyrke stamceller, før de transplanteres ind i kroppen. Derudover, mens proteiner var i stand til at krydse sækkens membran, siger Stupp, at immunceller ville være for store til at trænge ind, hvilket forhindrer sækken og dens indhold i at blive ødelagt, før de kan handle på deres mål.
Stupp siger, at sækkene som leveringsmiddel kan dyrkes små nok til at rejse gennem blodbanen, eller robuste nok til at blive syet på et målvæv eller -organ.
I det næste år planlægger holdet at dyrke andre celler i disse poser og studere væksten af tumorer, for eksempel som reaktion på specifikke lægemidler eller molekyler.
Du kan også have kolonier af forskellige celler i forskellige sække sammen - et hindbær af sække - og du kan udsætte dem for flere signaler, siger Stupp. Hvilket kan være værdifuldt i cellebiologi, hvor man studerer signaler mellem celler i et tredimensionelt miljø.
James Baker , direktør for Michigan Nanotechnology Institute for Medicine og Biologiske Videnskaber, siger, at holdets opdagelse kan have vigtige implikationer i vævsteknologi. En stor fordel er evnen til potentielt at organisere celler i unikke strukturer, siger han. Det giver potentialet til at udvikle specialiserede vævsstrukturer … en meget imponerende præstation.