Styrende stamceller med magneter:Proof of concept til kliniske applikationer

Magneter kunne være et værktøj til at styre stamcellers helbredende kræfter til at behandle tilstande som hjertesygdomme eller karsygdomme.

Ved at fodre stamceller med små partikler lavet af jernoxid, forskere ved Emory og Georgia Tech kan bruge magneter til at tiltrække cellerne til et bestemt sted i kroppen efter intravenøs injektion.

Resultaterne er offentliggjort online i tidsskriftet Lille og vil blive vist i et kommende nummer.

Papiret var et resultat af samarbejde mellem laboratorierne af W. Robert Taylor, MD, PhD, og Gang Bao, PhD. Taylor er professor i medicin og biomedicinsk teknik og direktør for afdelingen for kardiologi ved Emory University School of Medicine. Bao er professor i Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering ved Georgia Tech and Emory University.

De første forfattere af papiret er postdoc-stipendiater Natalia Landazuri, PhD, og Sheng Tong, PhD. Landazuri er nu på Karolinska Institutet i Sverige.

Den type celler, der blev brugt i undersøgelsen, mesenkymale stamceller, er ikke embryonale stamceller. Mesenkymale stamceller kan let opnås fra voksent væv, såsom knoglemarv eller fedt. De er i stand til at blive knogler, fedt- og bruskceller, men ikke andre celletyper såsom muskler eller hjerne. De udskiller en række nærende og antiinflammatoriske faktorer, hvilket kunne gøre dem til værdifulde værktøjer til behandling af tilstande som hjerte-kar-sygdomme eller autoimmune lidelser.

Jernoxidnanopartikler er allerede FDA-godkendt til diagnostiske formål med MRI (magnetisk resonansbilleddannelse). Andre videnskabsmænd har forsøgt at fylde stamceller med lignende partikler, men fandt ud af, at belægningen på partiklerne var giftig eller ændrede cellernes egenskaber. Nanopartiklerne brugt i denne undersøgelse har en polyethylenglycolbelægning, der beskytter cellen mod beskadigelse. En anden unik egenskab er, at Emory/Tech-teamet brugte et magnetfelt til at skubbe partiklerne ind i cellerne, snarere end tidligere anvendte kemiske midler.

"Vi var i stand til at belaste cellerne med en masse af disse nanopartikler, og vi viste tydeligt, at cellerne ikke tog skade, Taylor siger. "Belægningen er unik, og der var derfor ingen ændring i levedygtighed og måske endnu vigtigere, vi så ingen ændring i stamcellernes egenskaber, såsom deres evne til at differentiere."

"Dette var i bund og grund et proof of princip-eksperiment. I sidste ende, vi ville målrette disse til et bestemt lem, et unormalt blodkar eller endda hjertet."

Partiklerne er belagt med den ikke-toksiske polymer polyethylenglycol, og har en jernoxidkerne, der er omkring 15 nanometer på tværs. Til sammenligning, et DNA-molekyle er 2 nanometer bredt og et enkelt influenzavirus er mindst 100 nanometer bredt.

Partiklerne ser ud til at sidde fast i cellernes lysosomer, som er dele af cellen, der nedbryder affald. Partiklerne bliver siddende i mindst en uge, og lækage kan ikke detekteres. Forskerne målte jernindholdet i cellerne, når de var fyldt op, og bestemte, at hver celle absorberede omkring 1,5 millioner partikler.

Når cellerne var fyldt med jernoxidpartikler, Emory/Tech-teamet testede magneters evne til at skubbe til cellerne både i cellekultur og i levende dyr.

Hos mus, en stangformet magnet for sjælden jordarter kunne tiltrække injicerede stamceller til halen. Magneten blev påført den del af halen tæt på kroppen, mens cellerne blev injiceret. Normalt vil de fleste af de mesenkymale stamceller blive aflejret i lungerne eller leveren.

For at spore, hvor cellerne gik inde i musene, forskerne mærkede cellerne med et fluorescerende farvestof. De beregnede, at stangmagneten gjorde stamcellerne 6 gange mere rigelige i halen. Ud over, selve jernoxidpartiklerne kunne potentielt bruges til at følge cellernes fremgang gennem kroppen.

"Næste, vi planlægger at fokusere på terapeutiske anvendelser i dyremodeller, hvor vi vil bruge magneter til at dirigere disse celler til det præcise sted, der er behov for at påvirke reparation og regenerering af nye blodkar, " siger Taylor.