Новая технология доставки стволовых клеток в поврежденные ткани

Покрытые клетками: клетки растут вдоль полимерных нитей, показанных зеленым. (Фото: science-wired.blogspot.com)

Группа биоинженеров из Политехнического института Ворчестера (Worcester Polytechnic Institute, WPI) продемонстрировала возможности новой хирургической технологии, которую можно использовать для адресной доставки стволовых клеток при восстановлении больных или поврежденных тканей организма, в том числе сердечной мышцы после инфаркта миокарда. Технология заключается в получении из биополимерных микронитей биологического шовного материала и засев этого материала стволовыми клетками. Ученые показали, что взрослые стволовые клетки костного мозга, прикрепившиеся к такой нити, хорошо размножаются и сохраняют свою способность к дифференциации и превращению в клетки других типов.

«Мы довольны достигнутым», - говорит руководитель группы доцент кафедры биомедицинской инженерии WPI Гленн Годетт (Glenn Gaudette). «Эта технология развивается в мощную систему для доставки терапевтических клеток непосредственно туда, где они необходимы, будь то поврежденное сердце или другие ткани».

Биологические нити: микронити толщиной с человеческий волос, засеянные стволовыми клетками (красные и синие), могут помочь восстановить поврежденную ткань сердца. (Фото: Gaudette Lab, WPI)

Работа лаборатории Годетта сфокусирована на изучении путей восстановления поврежденной сердечной мышцы и разработке методов лечения сердечной аритмии, основанных на клеточных технологиях. В большинстве исследований используются человеческие мезенхимальные стволовые клетки (hMSCs), происходящие из костного мозга и обладающие способностью дифференцироваться в целый ряд тканей организма, включая мышечную, костную и жировую. Как доказали работы Годетта и других исследователей, человеческие мезенхимальные стволовые клетки, доставленные в поврежденную сердечную ткань, в некоторой степени улучшают функции сердца. Большой проблемой, однако, является получение достаточного количества hMSCs. Более ранние методы введения клеток в кровь или непосредственно в сердечную мышцу дают низкие результаты: только 15 процентов введенных клеток действительно выживают и закрепляются в сердечной мышце. Большинство инъецированных клеток уносится кровотоком.

Для решения проблемы доставки клеток Годетт объединил свои усилия с коллегой – доцентом кафедры биомедицинской инженерии WPI Джорджем Пинсом (George Pins), разработавшим технологию получения биополимерной микронити для использования в качестве каркаса, или временной структуры, при заживлении ран и в клеточной терапии. Микронити, диаметр которых равен толщине человеческого волоса, сделаны из фибрина – белка принимающего участие в процессе свертывания крови. Характеристики нитей можно изменять и тонко настраивать для решения различных задач: они могут иметь различную прочность на разрыв и растворяться с разной скоростью. Пинс изучает возможность применения таких нитей для замены сухожилий и связок. Доцент кафедры биомедицинской инженерии WPI Рэй Пэйдж (Ray Page) руководит группой, использующей микронити в качестве платформы для фибробластов в процессе регенерации скелетной мускулатуры.

Стволовые клетки на отдельной микронити. Клетки, светящиеся зеленым цветом, находятся в процессе деления. (Фото: Worcester Polytechnic Institute)

На настоящий момент Годетт и его группа разработали протоколы засева hMSCs в маленькие пучки фибриновых микронитей. В течение пяти дней после прикрепления стволовых клеток к нитям их культивировали, и клетки размножались до тех пор, пока каждая из нитей двухсантиметровой длины не покрывалась почти 10000 человеческих мезенхимальных стволовых клеток. После засева и процесса выращивания Годетт прикрепил микронити к хирургической игле и протащил их через коллагеновый гель, имитирующий живую ткань. К концу этой процедуры большинство клеток остались живы и были по-прежнему прикреплены к нитям, что означало, что ими можно прошивать человеческую ткань.

Годетт и его коллеги протестировали выращенные на нитях hMSCs, чтобы убедиться, что клетки сохранили свою мультипотентность, то есть способность трансформироваться в другие типы клеток. Они сняли клетки с нитей и вырастили их по установленным протоколам, стимулирующим дифференциацию hMSCs в жировые и костные клетки. В обоих случаях взятые с микронитей клетки начали дифференцироваться в соответствующих направлениях.

Гленн Годетт (Glenn Gaudette), доцент кафедры биомедицинской инженерии WPI. (Фото: Worcester Polytechnic Institute)

«Кажется, выращенные на нитях клетки ведут себя так же, как мы ожидали бы от мезенхимальных стволовых клеток, выращенных in vivo», - говорит Годетт. «Мы считаем эти результаты доказательством эффективности принципа: теперь у нас есть возможность доставлять клетки в любое место, куда только хирург может ввести такую нить».

Чтобы посмотреть, могут ли клетки внедриться в сердечную ткань и улучшить функцию сердца, ученые уже проводят эксперименты с засеянными стволовыми клетками микронитями на животных моделях.

Исследование финансируется Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health) США.

По материалам

A 'Stitch in Time' Could Help Damaged Hearts

Оригинальная статья:

Megan K. Proulx, Shawn P. Carey, Lisa M. DiTroia, Craig M. Jones, Michael Fakharzadeh, Jacques P. Guyette, Amanda L. Clement, Robert G. Orr, Marsha W. Rolle, George D. Pins and Glenn R. Gaudette. Fibrin microthreads support mesenchymal stem cell growth while maintaining differentiation potential

© «Новая технология доставки стволовых клеток в поврежденные ткани». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Стволовые клетки. Письменное разрешение обязательно.

Еще о стволовых клетках

В одном шаге от Святого Грааля: принципиально новый метод перепрограммирования стволовых клеток

Установлен белок, необходимый для деления кроветворных стволовых клеток

Чистая популяция нейральных стволовых клеток обещает значительный прогресс в лечении нервных заболеваний

Из стволовых клеток впервые создана полноценная ткань кишечника

Существуют ли раковые стволовые клетки?

Новый метод получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток делает их более безопасными

МикроРНК регулируют процесс образования индуцированных плюрипотентных стволовых клеток

Уникальные взрослые стволовые клетки могут использоваться для лечения болезни Паркинсона и других неврологических заболеваний

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки получены с помощью микроРНК

Раковые стволовые клетки: новый источник?