Кардиомиоциты из ЭСК: главное – правильная подложка
Из человеческих эмбриональных клеток выращены зрелые кардиомиоциты
NanoNewsNet по материалам University of Wisconsin-Madison: Stem cell advance yields mature heart muscle cells
Группа ученых из Университета Висконсин-Мэдисон получила из человеческих эмбриональных стволовых клеток (чЭСК) чистую популяцию зрелых клеток сердечной мышцы – кардиомиоцитов. В этом успехе решающую роль сыграла подложка с системой каналов определенного размера.
Это исследование, опубликованное онлайн в журнале Biomaterials (Salick et al., Micropattern width dependent sarcomere development in human ESC-derived cardiomyocytes), может открыть двери к значительным достижениям в тканевой инженерии и в разработке и тестировании лекарственных препаратов.
В настоящее время ученые уже научились дифференцировать чЭСК в незрелые клетки сердечной мышцы. Однако в таких клетках не развиваются необходимые внутренние структуры, так называемые саркомеры, позволяющие кардиомиоцитам развивать сократительную силу для перекачивания крови. Кроме того, в незрелых кардиомиоцитах менее развиты и компоненты, ответственные за установление контактов между соседними клетками и их согласованную работу.
Одним из препятствий в получении более зрелых клеток является подложка для их культивирования: чЭСК, как известно, привередливы.
«Эффективно культивировать стволовые клетки и обеспечить среду, помогающую им нормально развиваться и дифференцироваться так, как вам нужно, действительно трудно», – говорит руководитель исследования Венди Кроун (Wendy Crone), профессор инженерной физики, биомедицинской инженерии и материаловедения и инженерии UW-Мэдисон.
В последнее время появились трехмерные подложки с микроструктурированной поверхностью, более точно имитирующие окружающую клетки физиологическую среду. Однако большинство предыдущих исследований с использованием структурирования проводились на клетках крыс, говорит Макс Сэлик (Max Salick), первый автор статьи. «Одним из уникальных аспектов нашего исследования является то, что мы можем наблюдать реакцию на геометрию микроструктурирования человеческих кардиомиоцитов».
Исследователи сосредоточили свое внимание на поиске структуры, включая правильный масштаб размеров, подходящей для человеческих стволовых клеток.
«Наша гипотеза состоит в том, что, если бы нам удалось контролировать форму клеток и то, как они связываются с окружающей средой с помощью этого микроструктурирования, мы могли бы направить их развитие в сторону образования более ровных, структурно организованных волокнистых структур, более соответствующих сердечным», – продолжает Сэлик.
Новая микроструктурированная подложка состоит из серии бороздок, или каналов. Поместив клетки в эти каналы, исследователи увидели четкие различия в том, как клетки отвечают на различные размеры каналов, и ключом к успеху стало определение их оптимального масштаба.
«Если канал был слишком широк, клетки просто не «чувствовали» свои каналы и не выравнивались», – продолжает Сэлик. «Но в каналах шириной менее 100 микрон мы действительно начали видеть выравнивание, более четкую саркомерную структуру и более зрелый фенотип».
Слева – кардиомиоциты, выращенные в стандартных условиях культивирования. Саркомеры слабо организованы, клетки плохо выровнены. Справа – кардиомиоциты, выращенные на микроструктурированной подложке, разработанной учеными UW-Мэдисон. Видна четкая структура отдельных клеток, а также морфология ткани, более соответствующая физиологической. (Фото: Max Salick)
Субстратный метод является более эффективным и легко контролируемым, чем другие, уже испытанные учеными. И теперь, когда известно, что решающее значение имеет ширина каналов, они могут сделать их бесконечно длинными, что позволит отдельным клеткам устанавливать контакты и взаимодействовать с соседними клетками.
«Это не только заставляет их выглядеть как саркомеры, иметь внутреннюю структуру, выглядящую так, как это должно быть, и вести себя так, как предполагается. Такие клетки устанавливают связи со своими соседями», – комментирует результаты своей работы профессор Кроун. «Из того, что мы получили, это самое близкое к чистой популяции зрелых кардиомиоцитов».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
06.03.2014