Forskere udvikler en gel til dyrkning af store mængder neurale stamceller

På mange måder, stamceller er den biologiske verdens divaer. På den ene side, disse naturlige formskiftere kan forvandle sig til praktisk talt enhver type celle i kroppen. I den forbindelse de har løftet om at kunne helbrede dårligdomme lige fra rygmarvsskader til kræftformer.

På den anden side, sagde lektor i materialevidenskab og teknik Sarah Heilshorn, stamceller, som divaer, er også kviksølvagtige og svære at arbejde med.

"Vi ved bare ikke, hvordan vi effektivt og effektivt dyrker et massivt antal stamceller og holder dem i deres regenerative tilstand, " sagde Heilshorn. "Dette har forhindret os i at gøre flere fremskridt med at skabe terapier."

Indtil nu, det er. I en nylig avis i Naturmaterialer , Heilshorn beskrev en løsning på de dobbelte udfordringer med at dyrke og bevare neurale stamceller i en tilstand, hvor de stadig er i stand til at modnes til mange forskellige celletyper. Den første udfordring er, at dyrkning af stamceller i mængde kræver plads. Ligesom traditionelt landbrug, det er en todimensionel affære. Hvis du vil have mere hvede, majs eller stamceller, du har brug for mere overflade. dyrkning af stamceller, derfor, kræver en masse relativt dyre laboratorieejendomme, for ikke at nævne den energi og de næringsstoffer, der er nødvendige for at klare det hele.

Den anden udfordring er, at når de har delt sig mange gange i en laboratoriefad, stamceller forbliver ikke let i den ideelle tilstand af parathed til at blive andre typer celler. Forskere omtaler denne egenskab som "stammelighed". Heilshorn fandt ud af, at for de neurale stamceller, hun arbejdede med, opretholdelse af cellernes stilhed kræver, at cellerne er rørende.

Heilshorns team arbejdede med en bestemt type stamceller, der modnes til neuroner og andre celler i nervesystemet. Disse typer celler, hvis produceret i tilstrækkelige mængder, kunne generere terapier til at reparere rygmarvsskader, modvirke traumatisk hjerneskade eller helbrede nogle af de mest alvorlige degenerative lidelser i nervesystemet, som Parkinsons og Huntingtons sygdomme.

Søger stilhed

Heilshorns løsning involverer brugen af ​​bedre materialer til at dyrke stamceller i. Hendes laboratorium har udviklet nye polymerbaserede geler, der gør det muligt at dyrke cellerne i tre dimensioner i stedet for to. Denne nye 3D-proces fylder mindre end 1 procent af den laboratorieplads, der kræves af de nuværende stamcelledyrkningsteknikker. Og fordi celler er så små, 3-D gel stakken er kun en enkelt millimeter høj, nogenlunde tykkelsen af ​​en skilling.

"For en 3-D kultur, vi har kun brug for et 4-tommer-for-4-tommer plot af laboratorieplads, eller omkring 16 kvadrattommer. En 2-D kultur kræver et plot på fire fod gange fire fod, eller omkring 16 kvadratfod, "mere end 100 gange pladsen, ifølge førsteforfatter Chris Madl, en ny doktorgrad i bioingeniør fra Heilshorns laboratorium

Ud over de dramatiske besparelser af laboratorieplads, den nye proces kræver færre næringsstoffer og mindre energi, såvel.

De geler, holdet udviklede, giver stamcellerne mulighed for at ombygge de lange molekyler og opretholde fysisk kontakt med hinanden for at bevare kritiske kommunikationskanaler mellem celler.

"Den enkle handling at røre ved er nøglen til kommunikationen mellem stamceller og til at bevare stammen. Hvis stamceller ikke kan omforme geler, de kan ikke røre hinanden, " forklarede Madl.

"Stamcellerne dør ikke ligefrem, hvis de ikke kan røre ved, men de mister den evne til at regenerere, som vi virkelig har brug for for terapeutisk succes, " tilføjede Heilshorn.

Slående resultater

Dette behov for neurale stamceller til at ombygge deres miljø adskiller sig fra, hvad Heilshorn har fundet i arbejdet med andre typer stamceller. For disse celler, det er gelernes stivhed – ikke evnen til at ombygge – der er nøglefaktoren for at bevare stilheden. Det er som om for disse andre typer stamceller, geler skal efterligne stivheden af ​​det væv, hvori cellerne til sidst vil blive transplanteret. Ikke sådan med neurale stamfædre, sagde Heilshorn.

"Neural cellestamhed er ikke følsom over for stivhed, og det var en stor overraskelse for os, " hun sagde.

Resultatet var så slående og uventet, at Heilshorn, i første omgang, troede ikke på hendes egne resultater. Laboratoriet endte med at teste tre helt forskellige geler for at se, om deres konklusion holdt, et usædvanligt supplerende skridt i denne form for forskning. Med hvert nyt materiale, de så, at dem, der kunne ombygges, producerede kvalitetsstamceller; dem, der ikke kunne ombygges, havde en negativ effekt på stammen.

Det næste på Heilshorns forskningsdagsorden er at skabe geler, der kan injiceres direkte fra laboratoriets fad ind i kroppen. Mulighederne får hende til at føle sig optimistisk med hensyn til stamcelleterapi igen. For en tid, hun sagde, det føltes som om marken havde ramt en mur, da den første begejstring for regenerering gav plads til uinspirerende resultater i klinikken. Med sit nye fund, hun sagde, det føles som om nye ting kan være lige rundt om hjørnet.

"Der er denne konvergens af biologisk viden og tekniske principper inden for stamcelleforskning, som har mig til at håbe på, at vi endelig kan løse nogle store problemer, " hun sagde.