Bessere Methode zum Züchten von Stammzellen entwickelt

Bessere Methode zum Züchten von Stammzellen entwickelt
Bessere Methode zum Züchten von Stammzellen entwickelt
Anonim

Menschliche pluripotente Stammzellen, die zu jeder anderen Art von Körperzelle werden können, haben ein großes Potenzial zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten, einschließlich der Parkinson-Krankheit, Multipler Sklerose und Rückenmarksverletzungen. Wissenschaftler, die mit solchen Zellen arbeiten, hatten jedoch Probleme, große Mengen zu züchten, um Experimente durchzuführen – insbesondere für die Verwendung in Studien am Menschen. Darüber hinaus umfassen die meisten Materialien, die jetzt zum Züchten menschlicher Stammzellen verwendet werden, Zellen oder Proteine, die aus Mäuseembryos stammen, die das Wachstum von Stammzellen stimulieren, aber wahrscheinlich eine Immunreaktion hervorrufen würden, wenn sie einem menschlichen Patienten injiziert würden.

Um diese Probleme zu lösen, haben Chemieingenieure, Materialwissenschaftler und Biologen des MIT eine synthetische Oberfläche entwickelt, die kein tierisches Fremdmaterial enthält und es Stammzellen ermöglicht, am Leben zu bleiben und sich mindestens drei Monate lang selbst zu reproduzieren. Es ist auch das erste synthetische Material, das es einzelnen Zellen ermöglicht, Kolonien identischer Zellen zu bilden, was notwendig ist, um Zellen mit gewünschten Merkmalen zu identifizieren, und mit bestehenden Materialien nur schwer zu erreichen war.

Das Forschungsteam unter der Leitung der Professoren Robert Langer, Rudolf Jaenisch und Daniel G. Anderson beschreibt das neue Material in der Ausgabe von Nature Materials vom 22. August. Erstautoren der Arbeit sind die Postdoktoranden Ying Mei und Krishanu Saha.

Menschliche Stammzellen können aus zwei Quellen stammen – embryonale Zellen oder Körperzellen, die in einen unreifen Zustand umprogrammiert wurden. Dieser als Pluripotenz bezeichnete Zustand ermöglicht es den Zellen, sich zu jeder Art von spezialisierten Körperzellen zu entwickeln.

Es ermöglicht auch die Behandlung fast jeder Art von Krankheit, bei der Zellen verletzt werden. Wissenschaftler könnten beispielsweise neue Neuronen für Patienten mit Rückenmarksverletzungen oder neue insulinproduzierende Zellen für Menschen mit Typ-1-Diabetes züchten.

Um solche Behandlungen zu entwickeln, müssten Wissenschaftler in der Lage sein, Stammzellen über einen längeren Zeitraum im Labor zu züchten, ihre Gene zu manipulieren und Kolonien identischer Zellen zu züchten, nachdem sie genetisch verändert wurden. Derzeitige Wachstumsoberflächen, die aus einer Plastikschale bestehen, die mit einer Schicht Gelatine und dann einer Schicht aus Mauszellen oder Proteinen beschichtet ist, sind notorisch ineffizient, sagt Saha, der in Jaenischs Labor am Whitehead Institute for Biomedical Research arbeitet.

"Für Therapeutika braucht man Millionen und Abermillionen von Zellen", sagt Saha. „Wenn wir es den Zellen erleichtern können, sich zu teilen und zu wachsen, wird das wirklich helfen, die Anzahl an Zellen zu bekommen, die man braucht, um all die Krankheitsstudien durchzuführen, auf die sich die Leute freuen.“

Frühere Studien deuteten darauf hin, dass mehrere chemische und physikalische Eigenschaften von Oberflächen – darunter Rauheit, Steifheit und Affinität zu Wasser – beim Wachstum von Stammzellen eine Rolle spielen könnten. Die Forscher stellten etwa 500 Polymere (lange Ketten sich wiederholender Moleküle) her, die sich in diesen Eigenschaften unterschieden, ließen Stammzellen darauf wachsen und analysierten die Leistung jedes Polymers. Nachdem sie die Oberflächeneigenschaften mit der Leistung korreliert hatten, stellten sie fest, dass es einen optimalen Bereich der Oberflächenhydrophobie (wasserabweisendes Verh alten) gab, aber unterschiedliche Rauheit und Steifheit keinen großen Einfluss auf das Zellwachstum hatten.

Sie passten auch die Zusammensetzung der Materialien an, einschließlich der in das Polymer eingebetteten Proteine. Sie fanden heraus, dass die besten Polymere einen hohen Anteil an Acrylaten enthielten, ein häufiger Bestandteil von Kunststoffen, und mit einem Protein namens Vitronectin beschichtet waren, das die Anheftung von Zellen an Oberflächen fördert.

Unter Verwendung ihres leistungsstärksten Materials brachten die Forscher Stammzellen (sowohl embryonale als auch induzierte pluripotente) dazu, bis zu drei Monate lang weiter zu wachsen und sich zu teilen. Sie waren auch in der Lage, große Mengen an Zellen zu erzeugen – in Millionenhöhe.

Die MIT-Forscher hoffen, ihr Wissen zu verfeinern, um ihnen zu helfen, Materialien zu bauen, die für andere Zelltypen geeignet sind, sagt Anderson vom MIT Department of Chemical Engineering, der Harvard-MIT Division of He alth Sciences and Technology und dem David H. Koch Institut für integrative Krebsforschung. „Wir wollen die Wechselwirkungen zwischen der Zelle, der Oberfläche und den Proteinen besser verstehen und klarer definieren, was es braucht, um die Zellen zum Wachsen zu bringen“, sagt er.

Weitere MIT-Autoren des Artikels sind Said Bogatyrev, Z. Ilke Kalcioglu, Maisam Mitalipova, Neena Pyzocha, Fredrick Rojas und Krystyn Van Vliet. Jing Yang, Andrew Hook, Martyn Davies und Morgan Alexander von der University of Nottingham (Vereinigtes Königreich) und Seung-Woo Cho von der Yonsei University (Korea) sind ebenfalls Autoren der Veröffentlichung.

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