211service.com
Mini stamcellabs
Stamceltherapieën worden vaak aangeprezen als de toekomst van tissue engineering en regeneratieve geneeskunde. Maar een van de uitdagingen bij het ontwikkelen van dergelijke therapieën is het creëren van een omgeving waarin stamcellen kunnen groeien. Een extra hindernis is het ontwerpen van een voertuig om stamcellen af te leveren aan hun doelwit, zonder dat het wordt gedetecteerd door het immuunsysteem van het lichaam. Nu hebben wetenschappers van de Northwestern University een miniatuurlaboratorium ontworpen in de vorm van een kleine, gelachtige zak. Ze groeiden met succes stamcellen in de zak en leverden eiwitten en voedingsstoffen aan de cellen via het membraan van de zak. Onderzoekers zeggen dat de zak kan fungeren als een afgiftesysteem voor stamcellen en andere medicijnen, en ze afschermt totdat ze hun doel bereiken. Samuel Stupp , hoofdonderzoeker en bestuurshoogleraar materiaalwetenschap en -techniek, scheikunde en geneeskunde aan Northwestern, zegt dat de ontdekking veelbelovende toepassingen kan hebben in celtherapie en regeneratieve geneeskunde.
Mini-lab: Deze kleine zak, gemaakt van een combinatie van polymeer en moleculaire oplossingen, kan stamcellen onmiddellijk inkapselen. De zak kan worden gebruikt als een miniatuurlaboratorium waar stamcellen kunnen groeien, of als een drager voor verschillende medicijnen, die ze beschermen tegen de immuunrespons van het lichaam totdat de zak zijn doel bereikt.
Je zou deze zakjes in een patiënt kunnen transplanteren, zegt Stupp. En in de zak zouden de cellen worden beschermd, totdat ze zich meer in een orgaan of weefsel vestigen. Dan moet de zak biologisch kunnen worden afgebroken.
Het team ontwikkelde de zak na maandenlang verschillende moleculaire oplossingen met elkaar te hebben gemengd.
Als we oplossingen mengden, kregen we soms een troebele oplossing of neerslag, maar niets waarvan we dachten dat het interessant was, zegt Stupp. En op een goede dag liep mijn postdoc mijn kantoor binnen met een zak, en ik wist dat we iets goeds hadden. En toen hebben we meer dan een jaar geprobeerd te begrijpen wat er gebeurde.
Multimedia
Zie hoe de zakjes worden gemaakt en gehecht.
Onderzoekers ontwikkelden de zak uit een combinatie van twee moleculen: een peptide-amfofiel (PA), een synthetisch molecuul dat het laboratorium van Stupp zeven jaar geleden ontwikkelde, en hyaluronzuur (HA), een molecuul dat wordt aangetroffen in gewrichten en kraakbeen. Het team goot de PA-oplossing eerst in een grote injectieflacon en voegde vervolgens de HA-oplossing toe. Bijna onmiddellijk begonnen de twee vloeistoffen te stollen op het contactpunt.
Toen Stupp de interactie nauwkeuriger bekeek, ontdekte hij dat de lichtere PA-moleculen de HA-moleculen omringden en ze opsloten om een enkele zak of zak te creëren. Interessant is dat de zak zelfs na zijn vorming bleef groeien, uitzet en een dikker membraan creëerde naarmate hij langer in oplossing bleef. Onderzoekers stopten de groei door simpelweg de zak uit de injectieflacon te verwijderen met een pincet.
Maar waarom werken deze moleculen precies zo sterk op elkaar in? Stupp legt uit dat de PA-moleculen bijzonder geschikt zijn om vaste structuren te vormen. In vloeibare oplossing houden PA-moleculen een uniforme positieve lading vast, ze stoten elkaar in wezen af en blijven in vloeibare vorm. Zodra het echter in contact komt met een negatief geladen oplossing zoals HA, stoten de PA-moleculen niet zoveel af en beginnen ze automatisch vezels op nanoschaal te vormen.
Dit is een zeer krachtige reactie, zegt Stupp. Deze moleculen willen kristalliseren en als ze hyaluronzuur zien, weven ze een weefsel van vezels in het contactvlak tussen de vloeistoffen.
Wat meer is, nadat de zak is gevormd, creëert het een enorme onbalans in elektrische lading, die werkt om eventuele toegevoegde HA door het membraan van de zak te pompen. Deze pompwerking brengt meer HA-moleculen in contact met PA-moleculen, en als resultaat, zo ontdekte het team, bleef de zak tot vier dagen in oplossing groeien. Stupp zegt dat het team de grootte en dikte van de zak kan aanpassen door hem simpelweg gedurende verschillende tijd in oplossing te laten.
In een tweede ronde van experimenten combineerde het team stamcellen met de HA-oplossing en goot het mengsel vervolgens in een flesje met PA-moleculen. Deze keer kapselden de PA-moleculen zowel de HA-moleculen als de stamcellen in. Onderzoekers voegden specifieke eiwitten toe aan de oplossing en ontdekten dat ze ondanks de dikte het membraan van de zak penetreerden. Deze eiwitten stimuleerden stamcellen om te differentiëren tot kraakbeen, waardoor in feite een miniatuurstamcellaboratorium in de zak werd gecreëerd.
Stupp zegt dat dergelijke zakjes een veilige, afgesloten omgeving kunnen bieden om stamcellen te laten groeien voordat ze in het lichaam worden getransplanteerd. Bovendien, terwijl eiwitten het membraan van de zak konden doorkruisen, zegt Stupp dat immuuncellen te groot zouden zijn om door te dringen, waardoor wordt voorkomen dat de zak en de inhoud ervan worden vernietigd voordat ze op hun doelwit kunnen inwerken.
Stupp zegt dat de zakjes als transportmiddel klein genoeg kunnen worden om door de bloedbaan te reizen, of robuust genoeg om aan een doelweefsel of -orgaan te worden gehecht.
In het komende jaar is het team van plan om andere cellen in deze zakjes te laten groeien en de groei van tumoren te bestuderen, bijvoorbeeld als reactie op specifieke medicijnen of moleculen.
Je kunt ook kolonies van verschillende cellen in verschillende zakjes bij elkaar hebben - een framboos van zakjes - en je kunt ze blootstellen aan meerdere signalen, zegt Stupp. Wat waardevol kan zijn in de celbiologie, het bestuderen van signalen tussen cellen in een driedimensionale omgeving.
James Baker , directeur van het Michigan Nanotechnology Institute for Medicine and Biological Sciences, zegt dat de ontdekking van het team belangrijke implicaties kan hebben voor tissue engineering. Een groot voordeel is de mogelijkheid om cellen mogelijk in unieke structuren te organiseren, zegt hij. Het biedt het potentieel om gespecialiseerde weefselstructuren te ontwikkelen … een zeer indrukwekkende prestatie.