MIT, NYU-Forscher erstellen erstes „Designer“-Biomaterial für die Züchtung von Säugetier-Nervenzellen

MIT, NYU-Forscher erstellen erstes „Designer“-Biomaterial für die Züchtung von Säugetier-Nervenzellen
MIT, NYU-Forscher erstellen erstes „Designer“-Biomaterial für die Züchtung von Säugetier-Nervenzellen
Anonim

Kann als ideales Gerüst für die Regeneration von Nervenzellen dienen

CAMBRIDGE, Mass. – Forscher des Massachusetts Institute of Technology und der New York University berichten in der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vom 6. Juni, dass sie ein Biomaterial hergestellt haben, das lebende Nervenzellen unterstützt.

Dieses peptidbasierte Gerüst, auf dem Neuronen Fasern wachsen lassen, um miteinander zu kommunizieren und funktionelle Synapsen aufzubauen, könnte das lang gesuchte ideale Medium für das Züchten von Ersatznervenzellen für Opfer von Rückenmarksverletzungen und anderen Nervenformen sein Schaden.

Neue biologische Materialien, die auf winzigen Proteinbindungen, sogenannten Peptiden, basieren, werden immer wichtiger bei der Entwicklung von Ansätzen für eine breite Palette innovativer medizinischer Technologien, darunter kontrollierte Arzneimittelfreisetzung, neue Gerüste für zellbasierte Therapien, Gewebezüchtung und Biomineralisation “, sagen die Autoren Shuguang Zhang, stellvertretender Direktor des Zentrums für Biomedizinische Technik am MIT, voraus; Todd C. Holmes (MIT PhD, 1994), Assistenzprofessor für Biologie an der NYU; und Kollegen.

Dies ist das erste peptidbasierte Biomaterial seiner Art, das auf molekularer Ebene entwickelt werden kann. Obwohl Teile tierischer Zellen wie Kollagen als Grundlage für wachsende Zellen extrahiert werden können, können solche Materialien tierischen Ursprungs Viren tragen und an die anhaftenden wachsenden Zellen weitergeben. Im Gegensatz dazu wird das neue peptidbasierte Material nicht aus tierischen Zellen extrahiert.

Und im Gegensatz zu anderen synthetischen Materialien sind diese Peptide vollständig biologisch.Die Peptide bestehen aus Aminosäuren, die die Bausteine ​​aller Proteine ​​sind. Die Peptide rufen in lebenden Tieren keine Immunantwort oder Entzündung hervor und sie können für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. „Der Grund, warum dieses Material so interessant und einzigartig ist, ist, dass wir es individuell anpassen können, um praktisch jeden Zelltyp im Körper wachsen zu lassen“, sagte Zhang.

"Die Weiterentwicklung biologischer Materialien und verwandter zellbasierter Therapien könnte uns dem schwer fassbaren Ziel der Reparatur des geschädigten Nervensystems näher bringen", schrieb Melitta Schachner, Forscherin für molekulare Neurobiologie an der Universität Hamburg in Deutschland. Schachner hat über diese Arbeit einen "News and Views"-Artikel in der Zeitschrift Nature geschrieben.

REGENERATION VON GEHIRN UND RÜCKENMARK

Forscher arbeiten an der Entwicklung neuer biologisch kompatibler Gerüste für die kontrollierte Wirkstofffreisetzung, Gewebereparatur und Gewebezüchtung.

Synthetische Gerüste wurden verwendet, um unter anderem Haut, Leber und Knorpel zu züchten, aber einige Zellen können diese Gerüste nicht tolerieren, die dazu neigen, sauer zu sein.

Während ein erfolgreiches Gerüst zellfreundlich sein muss, muss es besonders gastfreundlich sein, um Nervenzellen zu züchten. Das Gehirn scheint die Reproduktion seiner Zellen fest im Griff zu haben. Inhibitormoleküle blockieren die Regeneration von Neuronen. Neuronen, die auf dem falschen Substrat gewachsen sind, sterben ab. Nach einer anfänglichen Entwicklungsphase ganz am Anfang des Lebens werden vom erwachsenen Zentralnervensystem nur sehr wenige neue Neuronen produziert.

Das von Zhang, Holmes und Kollegen entwickelte neue Biomaterial scheint ein ideales Substrat oder eine Wachstumsfläche für Zellen zu sein, die beschädigtes Gewebe im Nervensystem ersetzen sollen. Neuronen heften sich daran und lassen Axone wachsen, die langen Schwänze, durch die sie Signale senden. Aktive Synapsen – die Räume, durch die Nervenzellen kommunizieren – bilden und überleben in diesen kultivierten Zellen.

SMART LEGOS

Fragmente der über 80.000 Arten von Proteinen in unserem Körper werden Peptide genannt. Peptide verwandeln sich wie winzige intelligente Legos in Millionen essentieller Substanzen.

Zhang und andere Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass dieselben Peptide so verändert werden können, dass sie völlig neue natürliche Materialien bilden, die möglicherweise eine Vielzahl nützlicher Funktionen innerhalb und außerhalb des Körpers erfüllen können.

Forscher haben herausgefunden, dass sich Peptide selbst zu nicht-proteinähnlichen Strukturen wie Fasern, Tubuli, Blättern und dünnen Schichten zusammensetzen können. Sie können auf Änderungen des Säuregeh alts, mechanischer Kräfte, Temperatur, Druck, elektrischer und magnetischer Felder und Licht ansprechen. Sie sind bei Temperaturen bis zu 350 Grad Celsius stabil und können zu erschwinglichen Kosten bis zu einer Tonne auf einmal hergestellt werden. Sie können auf biologischen Abbau programmiert werden.

Aus wissenschaftlicher Neugier bat Zhang Holmes, eines seiner selbstorganisierenden Peptide auf Toxizität für Nervenzellen zu testen.Sie waren nicht nur ungiftig, sie schienen in Gegenwart eines Salzes auch in Kultur zu gedeihen. Mit dem Salz ordnen sich die Peptide selbst zu dünnen, welligen Filmen an, die ein wenig wie Frischh altefolie aussehen. Unter dem Mikroskop enthielt der Film ein Netzwerk aus Fasern.

Weitere Tests zeigten, dass Nervenzellen glücklich auf diesen Fasern wuchsen. Obwohl keine Immunreaktion oder Entzündung beobachtet wurde, als die Peptide in das Muskelgewebe von Ratten injiziert wurden, wurden sie noch nicht im Gehirn, Rückenmark und peripheren Nerven getestet.

Andere Autoren sind Sonsoles de Lacalle von der California State University; Xing Su von Affymetrix Inc. aus Santa Clara, Kalifornien; Guosong Liu vom Department of Brain and Cognitive Sciences am MIT und Alexander Rich vom Center for Biomedical Engineering am MIT.

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