Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Биомолтекст2020
  • vsh25
  • Vitacoin

Ловушка для иПСК

Новый метод разделения клеток приближает эру клеточной терапии

LifeSciencesToday по материалам Georgia Tech:
Adhesive Differences Enable Separation of Stem Cells to Advance Potential Therapies

Вновь разработанный процесс разделения смеси разных типов клеток, основанный на легко различимых отличиях в их адгезионных свойствах, позволяет увеличить количество стволовых клеток, получаемых методом перепрограммирования. Облегчая проведение новых исследований, этот процесс может помочь как в усовершенствовании самого метода перепрограммирования, так и в моделировании патологических процессов, характерных для определенных заболеваний.

Метод перепрограммирования позволяет небольшому проценту клеток – чаще всего это клетки кожи или крови – стать человеческими индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (human induced pluripotent stem cells, hiPSCs), из которых затем можно получить широкий спектр других типов клеток. Огромное преимущество этого метода состоит в возможности использования для перепрограммирования собственных клеток пациента, что, рано или поздно, сделает клинически доступными методы регенеративной терапии, основанные на трансплантации, например, кардиомиоцитов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний или нейронов для лечения болезни Альцгеймера или болезни Паркинсона, без риска их иммунного отторжения.

Однако практическому использованию перепрограммированных клеток препятствует низкая эффективность метода: в получаемой смеси различных клеточных типов клетки, представляющие клинический интерес, составляют лишь небольшой процент. Выделение из этой смеси популяции плюрипотентных стволовых клеток в настоящее время представляет собой трудоемкий процесс и требует определенного уровня мастерства, что ограничивает использование самого метода и сдерживает развитие методов лечения, основанных на плюрипотентных стволовых клетках.

Для решения этой проблемы ученые Технологического института штата Джорджия (Georgia Institute of Technology, Georgia Tech) разработали регулируемый процесс, в котором разделение клеток происходит на основе степени их адгезии к субстрату внутри крошечного микрофлюидного устройства.


(Фото: gatech.edu)

Адгезионные свойства человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток существенно отличаются от таковых других типов клеток, что позволяет выделять обладающие терапевтическим потенциалом клетки с 99-процентной чистотой.

Взрослые человеческие фибробласты с внутриклеточными белками, участвующими в адгезии этих клеток к экстрацеллюлярному матриксу. Пурпурным цветом представлены стрессовые волокна актина, зеленым – белок фокальной адгезии винкулин, которые вместе определяют, насколько сильно клетки сцепляются с поверхностью матрикса. Синим окрашены ядра клеток. Эти фибробласты могут быть перепрограммированы в человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, в процессе чего происходит реструктуризация белков адгезии. (Фото: Ankur Singh)

Новый процесс разделения, занимающий менее 10 минут, основан на принципиально ином подходе, чем технологии маркировки, в частности, антителами. А возможность разделения интактных клеточных колоний позволяет избежать повреждения клеток, поднимая уровень их выживаемости выше 80 процентов. Получаемые в результате клетки сохраняют нормальные транскрипционные профили, потенциал дифференциации и кариотип.

«Наш принцип сепарации основан на физическом явлении адгезии, контролируемом соответствующий биологией», – объясняет руководитель исследования Андрес Гарсия (Andres Garcia), PhD, профессор Школы технологий Вудраффа (Woodruff School of Mechanical Engineering) и Института биоинженерии и бионаук Петита (Petit Institute for Bioengineering and Bioscience) Georgia Tech. «Это очень мощная технологическая платформа, легко реализуемая и позволяющая осуществлять процесс разделения клеток в промышленном масштабе».

Новая технология описана в статье, опубликованной в он-лайн издании журнала Nature Methods (Ankur Singh et al., Adhesion strength-based, label-free isolation of human pluripotent stem cells). Работа выполнена при поддержке Национальных институтов здоровья (National Institutes of Health, NIH) США, Национального научного фонда (National Science Foundation) и других фондов США.

«Эти ученые разработали быстрый и эффективный метод выделения популяции важных с медицинской точки зрения клеток, взяв за основу новое понимание адгезионных свойств человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток», – отзывается о новой технологии Пола Фликер (Paula Flicker) из Национального института общей медицины (National Institute of General Medical Sciences) NIH, частично финансировавшего данное исследование. «Их работа представляет собой новаторскую конверсию фундаментальных биологических открытий в стратегию с терапевтическим потенциалом».

По мнению директора Центра инженерии стволовых клеток (Stem Cell Engineering Center) Технологического института Джорджии адъюнкт-профессора кафедры биомедицинской инженерии Georgia Tech и Университета Эмори (Emory University) Тодда Мак-Девитта (Тодд McDevitt), PhD, усовершенствованный метод разделения очень важен для разработки жизнеспособных методов лечения, основанных на получаемых путем перепрограммирования человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клетках.

«В научных исследованиях зависимость от маркировочных реагентов для разделения не является серьезной проблемой», продолжает доктор Мак-Девитт, один из соавторов статьи. «Но, если мы переходим к коммерциализации и созданию клеточной терапии для людей, нам нужен технологический подход, дающий однозначный результат и позволяющий увеличить объем производства».

Новая технология разделения, названная micro stem cell high-efficiency adhesion-based recovery (muSHEAR), позволит стандартизировать работу лабораторий, обеспечивая стабильные результаты, не зависящие от уровня квалификации их персонала. «Благодаря инженерии, технологиям и исследовательской работе у нас теперь есть метод с перспективой широкого распространения», – говорит доктор Мак-Девитт.

Метод muSHEAR вырос из понимания того, как в ходе процесса перепрограммирования изменяется морфология клеток. С помощью вращающегося дискового устройства ученые протестировали адгезионные свойства человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, родительских соматических клеток, частично перепрограммированных и полностью перепрограммированных клеток, которые уже начали дифференцировку. Для каждого типа клеток они определили адгезионную сигнатуру – силу, необходимую для отделения клеток от подложки, покрытой специфическими белками.

Исследователи протестировали свою технологию на микрофлюидных устройствах, разработанных в сотрудничестве с профессором Школы химической и биомолекулярной инженерии (School of Chemical and Biomolecular Engineering) Georgia Tech Хань Лу (Hang Lu).

В этих тестах выращенным в культуре клеткам сначала давали прикрепиться к субстрату, а затем подвергали их воздействию потока буферной жидкости. Клетки с меньшей силой сцепления с субстратом отделялись от него при более низких скоростях потока. Изменяя скорость потока, исследователи смогли отделить ненужные в данном случае клеточные типы и получить культуру стволовых клеток с чистотой равной 99 процентам – и это из смесей, в которых hiPSCs составляли лишь несколько процентов от общего числа клеток.

«На разных этапах перепрограммирования мы видим различия в молекулярном составе и распределении клеточных структур, от которых зависит сила адгезии, – объясняет профессор Гарсия. – Если нам известен диапазон адгезионных сил каждого типа клеток, мы можем использовать эти узкие диапазоны для отбора конкретных популяций».

Использующую для работы недорогие одноразовые кассеты микрофлюидную систему можно легко перевести в режим получения увеличенного объема клеток и обеспечения специфического разделения, отмечает профессор Гарсия.

Помимо непосредственного получения стволовых клеток для дальнейшего клинического использования новый метод разделение может помочь ученым в научных исследованиях, в том числе, в усовершенствовании метода перепрограммирования, принесшего его автору Шинья (Синья) Яманака (Shinya Yamanaka) Нобелевскую премию по медицине за 2012 год.

«Перепрограммирование клеток было и остается черным ящиком, – резюмирует доктор Мак-Девитт... – с этим процессом связан ряд действительно интересных научных вопросов, и, разделяя проходящие процесс перепрограммирования клетки, мы сможем сделать новые открытия о том, как он протекает».

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
16.04.2013

Читать статьи по темам:

биочипы индуцированные плюрипотентные стволовые клетки Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Надежная ловушка для циркулирующих раковых клеток

Система состоит из двух чипов – первый отлавливает и удаляет из образца крови эритроциты и тромбоциты, а второй отлавливает лейкоциты, оставляя в образце только циркулирующие в кровотоке раковые клетки.

читать

Лаборатория под кожей

Миниатюрный подкожный имплантат, отправляющий собранные им данные непосредственно на компьютер лечащего врача, позволит одновременно отслеживать динамику концентраций пяти клинически значимых соединений в крови пациента.

читать

Реконструкция внешности по ДНК

Чип, содержащий сотни тысяч коротких последовательностей ДНК, позволит криминалистам получить данные о происхождении, половой принадлежности и цвете глаз и волос подозреваемого. А всего по 24-м снипам можно определить цвет глаз и волос человека, умершего тысячи лет назад.

читать

Гомункулус

Так назвали в Московском Научно-техническом центре БиоКлиникум микробиореактор, позволяющий заменить испытания препаратов и косметических средств на животных и подбирать лекарства для персонализированной терапии.

читать

Клетки вместо крыс

Культуры специализированных клеток человека, «органы на чипе», компьютерные модели и другие методики и технологии, способные заменить исследования на животных, коммерчески доступны для исследовательских лабораторий, однако до сих пор не пользуются популярностью у ученых.

читать