Forscher entwickeln einen besseren weg, um stammzellen zu wachsen


Forscher entwickeln einen besseren weg, um stammzellen zu wachsen

Menschliche pluripotenten Stammzellen, die jede andere Art von Körperzelle werden können, haben ein großes Potenzial, um eine breite Palette von Krankheiten, einschließlich Parkinson-Krankheit, Multiple Sklerose und Rückenmarksverletzungen zu behandeln. Allerdings hatten Wissenschaftler, die mit solchen Zellen arbeiten, Schwierigkeiten, groß genug Mengen zu gewinnen, um Experimente durchzuführen - insbesondere in menschlichen Studien zu verwenden. Darüber hinaus sind die meisten Materialien, die jetzt verwendet werden, um menschliche Stammzellen zu wachsen, Zellen oder Proteine, die von Mäuse-Embryonen kommen, die dazu beitragen, das Stammzellwachstum zu stimulieren, aber wahrscheinlich eine Immunreaktion hervorrufen würden, wenn sie in einen menschlichen Patienten injiziert würden.

Um diese Probleme zu überwinden, haben MIT Chemieingenieure, Materialwissenschaftler und Biologen eine synthetische Oberfläche entwickelt, die kein fremdes Tiermaterial enthält und die Stammzellen am Leben bleiben und sich für mindestens drei Monate fortsetzen lassen. Es ist auch das erste synthetische Material, das es einzelnen Zellen ermöglicht, Kolonien von identischen Zellen zu bilden, was notwendig ist, um Zellen mit gewünschten Merkmalen zu identifizieren und war mit bestehenden Materialien schwer zu erreichen.

Das Forscherteam unter der Leitung von Professoren Robert Langer, Rudolf Jaenisch und Daniel G. Anderson, beschreibt das neue Material in der 22. August Ausgabe von Natur Materialien . Erste Autoren der Zeitung sind Postdoktoranden Ying Mei und Krishanu Saha.

Menschliche Stammzellen können aus zwei Quellen kommen - embryonale Zellen oder Körperzellen, die in einen unreifen Zustand umprogrammiert wurden. Dieser Zustand, bekannt als Pluripotenz, ermöglicht es den Zellen, sich in jede Art von spezialisierten Körperzellen zu entwickeln.

Es erlaubt auch die Möglichkeit, fast jede Art von Krankheit zu behandeln, die Verletzungen der Zellen mit sich bringt. Wissenschaftler könnten neue Neuronen für Patienten mit Rückenmarksverletzungen, zum Beispiel, oder neue Insulin-produzierende Zellen für Menschen mit Typ-1-Diabetes wachsen.

Um solche Behandlungen zu entwickeln, müssten die Wissenschaftler in der Lage sein, Stammzellen im Labor für einen längeren Zeitraum zu wachsen, ihre Gene zu manipulieren und Kolonien identischer Zellen zu wachsen, nachdem sie genetisch verändert worden sind. Aktuelle Wachstumsflächen, bestehend aus einer Plastikschale, die mit einer Schicht aus Gelatine und dann einer Schicht von Mauszellen oder Proteinen beschichtet ist, sind notorisch ineffizient, sagt Saha, die im Jaenischschen Labor am Whitehead Institute for Biomedical Research arbeitet.

"Für Therapeutika brauchen Sie Millionen und Millionen von Zellen", sagt Saha. "Wenn wir es den Zellen erleichtern können, sich zu teilen und zu wachsen, wird das wirklich helfen, die Anzahl der Zellen zu bekommen, die Sie benötigen, um alle Krankheitsstudien zu erledigen Dass die Leute begeistert sind."

Frühere Studien hatten vorgeschlagen, dass mehrere chemische und physikalische Eigenschaften von Oberflächen - einschließlich Rauheit, Steifigkeit und Affinität für Wasser - eine Rolle bei der Stammzellwachstum spielen könnten. Die Forscher schufen etwa 500 Polymere (lange Ketten von sich wiederholenden Molekülen), die in diesen Merkmalen variierten, wuchsen Stammzellen auf ihnen und analysierten die Entwicklung jedes Polymers. Nach der Korrelation der Oberflächeneigenschaften mit der Leistung fanden sie, dass es einen optimalen Bereich der Oberflächenhydrophobie (wasserabweisendes Verhalten) gab, aber unterschiedliche Rauheit und Steifigkeit nicht viel Einfluss auf das Zellwachstum hatten.

Sie haben auch die Zusammensetzung der Materialien, einschließlich der in das Polymer eingebetteten Proteine, angepasst. Sie fanden, dass die besten Polymere einen hohen Prozentsatz an Acrylaten, einen gemeinsamen Bestandteil in Kunststoffen enthielten, und wurden mit einem Protein namens Vitronectin beschichtet, das die Zellen dazu ermutigt, an Oberflächen zu binden.

Mit ihrem bestmöglichen Material erhielten die Forscher Stammzellen (sowohl embryonale als auch induzierte pluripotenten), um weiter zu wachsen und sich bis zu drei Monate zu teilen. Sie konnten auch große Mengen an Zellen erzeugen - in den Millionen.

Die MIT-Forscher hoffen, ihr Wissen zu verfeinern, um ihnen zu helfen, Materialien zu bauen, die für andere Arten von Zellen geeignet sind, sagt Anderson, vom MIT Department of Chemical Engineering, der Harvard-MIT Abteilung für Gesundheitswissenschaften und Technologie und dem David H. Koch Institut für Integrative Krebsforschung "Wir wollen die Wechselwirkungen zwischen der Zelle, der Oberfläche und den Proteinen besser verstehen und definieren klarer, was es braucht, um die Zellen zu wachsen", sagt er.

Notizen:

Andere MIT-Autoren der Zeitung 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 (Großbritannien) und Seung-Woo Cho von Yonsei University (Korea) sind ebenfalls Autoren der Zeitung.

Quelle:

"Kombinatorische Entwicklung von Biomaterialien für das Klonwachstum von menschlichen pluripotenten Stammzellen" von Ying Mei, Krishanu Saha, Said R. Bogatyrev, Jing Yang, Andrew L. Hook, Z. Ilke Kalcioglu, Seung-Woo Cho, Maisam Mitalipova, Neena Pyzocha, Fredrick Rojas, Krystyn J. Van Vliet, Martyn C. Davies, Morgan R. Alexander, Robert Langer, Rudolf Jaenisch und Daniel G. Anderson. Natur Materialien , 22. August 2010.

Quelle: Massachusetts Institut für Technologie

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