Новая полимерная платформа для выращивания клеток в трехмерной среде

Клетка в двухкомпонентной полимерной платформе. Фотокомпозиция основана на сканирующей электронной микроскопии и лазерной сканирующей микроскопии. (Фото: CFN)

Группа профессора Мартина Бастмейера (Martin Bastmeyer) из Центра функциональных наноструктур (Center for Functional Nanostructures, CFN) Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology), Германия, добилась большого успеха в области разработки биоматериалов. Ученые научились успешно выращивать клетки в специальных трехмерных структурах. Они обеспечили клетки находящимися на специальных платформах маленькими «ручками-опорами», с размерами в микрометровом диапазоне, за которые они могут «держаться». Клетки могут прикрепляться только к этим «опорам». Впервые на адгезию клеток и, следовательно, на их форму можно целенаправленно воздействовать в трех измерениях.

До сих пор трехмерные среды для выращивания клеточных культур получали, в основном, из агарозы, коллагеновых волокон или Матригеля. Такие среды имитируют пластичное трехмерное пространство, в котором клетки обычно находятся в живой ткани и, таким образом, позволяют проводить более близкие к реальности эксперименты, чем при использовании клеточных культур, выращенных в «двухмерной» чашке Петри. Все подобные среды отличаются общим недостатком: они гетерогенны и имеют поры случайных размеров. Их сложно точно охарактеризовать как структурно, так и биохимически.

Целью профессора Бастмейера и его группы было разработать трехмерную подложку для роста клеточной культуры, имеющую строго определенные характеристики. Находящиеся на такой подложке клетки должны прикрепляться к ней не случайным образом, а только в определенных точках. В этом случае параметры, такие как форма клетки, ее объем, силы межклеточного взаимодействия или клеточная дифференциация, могут быть определены как функция внешней геометрии окружающей среды. Именно такие платформы с заранее заданными параметрами необходимы для будущего крупномасштабного производства трехмерных сред для выращивания биоинженерных тканей, требующихся, например, в регенеративной медицине.

Микрофотография клетки в двухкомпонентной полимерной платформе. Цитоскелет клетки окрашен зеленым, части полимерной структуры - белым, «опоры» для клеток – красным. (Лазерная сканирующая микроскопия). (Фото: CFN)

Для достижения этой цели ученые создали специальную платформу из гибкого отталкивающего белки полимера с маленькими «ручками»-коробочками, сделанными из другого, хорошо взаимодействующего с белками, материала. При создании такой платформы ученые использовали метод прямой лазерный записи (Direct Laser Writing Method), разработанный физиками профессорами Мартином Вегенером (Martin Wegener) и Георгом фон Фрейманном (Georg von Freymann) из CFN. С помощью этого процесса была получена отталкивающая белки структура. Она состоит из столбиков длиной 25 микрометров, соединенных тонкими перемычками, находящимися на различной высоте. На втором, литографическом этапе, точно посередине перемычек были размещены «опоры» для клеток. В течение двух часов отдельные клетки колонизируют платформу и прикрепляются только к точкам адгезии с помощью адгезивных белков.

Возможность контролировать и направлять рост отдельных клеток в трех измерениях – важный шаг к общему пониманию того, как естественная трехмерная среда ткани влияет на поведение клеток.

По материалам

Third Dimension of Specific Cell Cultivation

Аннотация к статье:

Two-Component Polymer Scaffolds for Controlled Three-Dimensional Cell Culture

Источник: NanoNewsNet