Giver transplanterede celler en nanoteknisk kontrol

Forskere ved Johns Hopkins har udtænkt en måde at opdage, om celler, der tidligere er transplanteret til et levende dyr, er levende eller døde. en innovation, de siger, sandsynligvis vil fremskynde udviklingen af ​​celleudskiftningsterapier til tilstande som leversvigt og type 1-diabetes. Som rapporteret i marts-udgaven af Naturmaterialer , undersøgelsen brugte nanoskala pH-sensorer og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) maskiner til at fortælle, om leverceller injiceret i mus overlevede over tid.

"Denne teknologi har potentiale til at gøre menneskekroppen til mindre af en sort boks og fortælle os, om transplanterede celler stadig lever, " siger Mike McMahon, Ph.d., en lektor i radiologi ved Johns Hopkins University School of Medicine, der forestod undersøgelsen. "Disse oplysninger vil være uvurderlige i finjusterende behandlinger."

Fremskridt i regenerativ medicin afhænger af pålidelige midler til udskiftning af beskadigede eller manglende celler, såsom indsprøjtning af bugspytkirtelceller hos mennesker med diabetes, hvis egne celler ikke producerer nok insulin. For at beskytte de transplanterede celler mod immunsystemet, samtidig med at det tillader den frie strøm af næringsstoffer og insulin mellem cellerne og kroppen, de kan være indkapslet i squishy hydrogelmembraner før transplantation. Men, forklarer McMahon, "når du har sat cellerne i, du har virkelig ingen idé om, hvor længe de overlever." Sådanne transplanterede celler holder til sidst op med at virke hos de fleste patienter, hvem skal genoptage at tage insulin. På det tidspunkt, læger kan kun antage, at celler er døde, men de ved ikke hvornår eller hvorfor, siger McMahon.

Med det problem i tankerne, McMahons gruppe, som har specialiseret sig i metoder til påvisning af kemiske ændringer, samarbejdede med forskergruppen under ledelse af Jeff Bulte, Ph.d., direktør for cellulær billeddannelse ved Hopkins' Institute for Cell Engineering. Bultes gruppe udtænker måder at spore implanterede celler gennem kroppen ved hjælp af MR. Anført af stipendiat Kannie Chan, Ph.d., holdet udtænkte en ekstremt lille, eller nanoskala, sensor fyldt med L-arginin, et kosttilskud, der reagerer kemisk på små ændringer i surhedsgraden (pH) forårsaget af nærliggende cellers død. Ændringer i surhedsgraden ville igen udløse ændringer i sensormolekyler indlejret i det tynde lag af fedt, der udgør ydersiden af ​​nanopartiklen, afgiver et signal, der kan detekteres ved MR.

For at teste, hvordan disse nanosensorer ville fungere i en levende krop, teamet indlæst dem i hydrogelkugler sammen med leverceller - en potentiel terapi for patienter med leversvigt - og en anden sensor, der kun afgiver bioluminescerende lys, mens cellerne er i live. Kuglerne blev injiceret lige under huden på mus. Som bekræftet af lyssignalet, MR-scanningen påviste nøjagtigt, hvor cellerne var i kroppen, og hvor stor en andel der stadig var i live. (Sådanne lysindikatorer kan ikke bruges til at spore celler hos mennesker, fordi vores kroppe er for store til, at synlige signaler kan komme igennem, men disse indikatorer gjorde det muligt for holdet at kontrollere, om MRI-nanosensorerne fungerede korrekt i musene.)

"Det var spændende at se, at dette fungerer så godt i en levende krop, " siger Chan. Holdet håber, at fordi komponenterne i systemet - hydrogelmembran, fedtmolekyler, og L-arginin - er sikre for mennesker, at tilpasse deres opdagelse til klinisk brug vil vise sig relativt ligetil. "Dette burde tage en masse gæt ud af celletransplantation ved at lade læger se, om cellerne overlever, og hvis ikke, når de dør, "Siger Chan." På den måde kan de muligvis finde ud af, hvad der dræber cellerne, og hvordan man forhindrer det."

Potentielle anvendelser af sensorerne er ikke begrænset til celler inde i hydrogelkapsler, Bulte noter. "Disse nanopartikler ville fungere uden for kapsler, og de kunne parres med mange forskellige slags celler. For eksempel, de kan bruges til at se, om tumorceller dør som reaktion på kemoterapi, " han siger.