Многим ученым нужны стратегии для изучения отдельных клеток (например, стволовых клеток) в течение нескольких недель. Это имеет большое значение в областях, которые сосредоточены на тестировании наркотиков, изучении фундаментальных заболеваний и разработке клеточной терапии.
Традиционный метод изучения отдельных клеток вне тела включает «захват» и культивирование их в крошечных каплях гидрогеля, известных как микрогели. Однако до недавнего времени все попытки культивировать отдельные клетки в таких контролируемых условиях в течение продолжительных периодов времени терпели неудачу, поскольку клетки выходили из микрогелей в течение нескольких дней. До сих пор эта проблема сильно ограничивала диапазон потенциальных применений этой многообещающей технологии.
Исследователи из исследовательского института MIRA Университета Твенте установили, что убегающие клетки почти всегда располагались на краю микрогелей. Используя высокоскоростные камеры, они обнаружили, что это связано с нынешним методом производства.
Они решили эту проблему, разработав чип, который захватывает клетки точно в центре микрогелей. Такой подход не только предотвратил побег клеток, но и привел к более чем 90-процентной выживаемости клеток в течение как минимум 28 дней.
По словам ученого-исследователя из Университета Твенте Тома Кампермана (который скоро защитит докторскую диссертацию на эту тему), этот инновационный метод является важным шагом, например, на пути к усовершенствованной терапии стволовыми клетками или инженерии сложных тканей.МетодГидрогель в основном состоит из набухшей в воде полимерной сетки. Его структура напоминает структуру нативных тканей, что делает гидрогели чрезвычайно подходящими для трехмерной клеточной культуры.
Гидрогели можно создавать, используя, например, УФ-свет или ферменты, которые сшивают отдельные полимеры вместе. Исследователи из Университета Твенте обнаружили, что вместо того, чтобы сшивать полимеры, пока капля все еще формируется, хитрость состоит в том, чтобы запустить этот процесс сразу после этого, метод, который они называют «замедленным гелеобразованием». Это позволяет клетке перемещаться в центр капли предшественника гидрогеля, которая также содержит полимер и ферменты. После центрирования клеток жидкие капли подвергаются воздействию перекиси водорода, которая превращает их в стабильные микрогели.
ПриложенияКлетки имеют индивидуальный характер.
Даже в пределах одной и той же ткани каждая клетка по-разному реагирует на воздействия окружающей среды. Новый чип позволяет изолировать отдельные клетки (например, стволовые клетки) и культивировать их в естественной трехмерной среде в течение длительных периодов времени. Это позволяет исследователям тестировать действие новых лекарств на отдельные клетки, исследовать болезни на фундаментальном уровне и повышать эффективность клеточной терапии. В настоящем исследовании исследователи из Университета Твенте показали, что, изменяя состав микрогеля, они могут направлять отдельные стволовые клетки в определенные типы клеток, такие как костные или жировые клетки.
Микрогели также можно использовать в качестве строительных блоков для печати на тканях со сложной внутренней структурой, как показали исследователи Университета Твенте в статье, опубликованной ими ранее в этом году.Используя новый чип, можно создавать сотни микрогелей в секунду, каждый из которых содержит отдельную клетку. Это может показаться довольно быстрым, но все же слишком медленным для многих клинических применений. Камперман отмечает, что «в настоящее время мы тестируем улучшенный прототип с производительностью, которая в тысячу раз быстрее.
Это в конечном итоге позволит клиническую трансляцию этой технологии микрогелей».