Teadlased leiavad võtme inimrakkude kasvatamiseks ja eristamiseks

Teadlased leiavad võtme inimrakkude kasvatamiseks ja eristamiseks
Teadlased leiavad võtme inimrakkude kasvatamiseks ja eristamiseks
Anonim

COLUMBUS, Ohio – Ohio osariigi ülikooli teadlased on astunud esimese sammu inimrakkude eristamise suunas kunstlikus kasvukeskkonnas.

Hiljuti San Franciscos toimunud American Chemical Society koosolekul teatavaks tehtud leid võib ühel päeval aidata kaasa siirdamiseks vajalike inimorganite tootmisele.

"Me paneme aluse kunstlikult kasvatatavatele rakkudele, millel on eriomadused, täpselt nagu seda teevad rakud, mis moodustavad organeid loomulikult kehas," ütles Douglas Kniss, Ohio osariigi sünnitusabi ja günekoloogia professor.

Uus termilise kokkusurumise tehnika võimaldas teadlastel muuta kasvukeskkonda kiudkihiga bioreaktoris ning muuta rakkude kasvu ja paljunemist. See bioreaktor on varem Ohio osariigis välja töötatud kudede kasvatamise seade.

Testides suutsid teadlased meelitada inimese platsentarakke, et moodustada klastreid ja algatada samasuguseid keemilisi muutusi nagu tüvirakud organismis enne diferentseerumist. Projekti kaasuurijate hulka kuuluvad professor Shang-Tian Yang ja magistrant Yan Li, mõlemad keemiainseneri erialadel; Teng Ma, sünnitusabi ja günekoloogia järeldoktor; ja Larry Lasky, patoloogia dotsent. Li tutvustas tulemusi Ameerika Keemiaühingu koosolekul.

Yang kavandas bioreaktori kolmemõõtmelise alternatiivina lamedatele Petri tassidele, mida teadlased tavaliselt rakkude kultiveerimiseks kasutavad. Seade on võimeline kasvatama rakke mitmesugusteks rakendusteks, sealhulgas kääritamiseks, loomarakukultuuriks, koetehnoloogiaks ja reoveepuhastuseks.

Varem kasvatasid Yang ja teised Ohio osariigi keemiainsenerid bioreaktoris inimese kasvajarakke, et toota suures koguses valku vähiuuringute jaoks. Kniss ja tema uurimisrühm kasutasid bioreaktorit inimese tervete platsentarakkude kasvatamiseks eesmärgiga testida ravimeid, mida naine võib raseduse ajal võtta ilma oma loodet kahjustamata.

Mikroskoopiliste polüesterkiudude mets kinnitab elusrakud bioreaktoris. See võimaldab rakkudel kasvada ja paljuneda nii, nagu nad kehas teevad, klammerdudes kiudude külge nagu inimese valkude külge. Vedelad toitained voolavad pidev alt läbi bioreaktori, matkides verevoolu.

Selles viimases töös leidsid teadlased, et bioreaktori kiudude vahede suurendamine või vähendamine muudab rakkude kasvu ja arengut.

Selle avastuse saavutamiseks pidid teadlased aga leiutama viisi, kuidas teatud suuruses lünki parandada. Kui nad kiulise voodi lihts alt kokku suruksid, põrkaks see tagasi nagu pehme käsn.Nii proovisid nad polüestrit samal ajal kuumutada ja kokku suruda, et triikida see tõhus alt vormi.

Li selgitas, et polüester toimib toatemperatuuril tahke ainena ja kõrgel temperatuuril vedelana. Konkreetsel vahepealsel temperatuuril, umbes 160 sF, on sellel molekulaarsel tasemel nii tahke kui ka vedeliku omadused. Ta ütles, et kui nad selle kriitilise aja jooksul materjali kokku suruvad, säilitab see nii oma kuju kui ka erilised molekulaarsed omadused.

Rõhku, temperatuuri ja kokkusurumisaega täpselt reguleerides suutsid teadlased pilude suurust reguleerida.

Kniss võrdles kiudude struktuuri karkassiga, mis toetab skulptuuritükki. Ta ütles, et termilise kokkusurumise tehnika pakub uut meetodit karkasside struktuuri muutmiseks, mida saaks ühel päeval kasutada inimorganite kasvatamiseks laboris.

"Selle tehnoloogia toimimise võti on leida odav ja lihtne viis tellingute masstootmiseks," ütles Yang. "Ja see on viis seda teha."

Selle projekti teise osa jaoks kasvatasid teadlased platsentarakke kahes kiulises voodis, millest ühes oli keskmine vahe suurus 30 mikromeetrit ja teises 40 mikromeetrit. Platsentarakud, mille keskmine läbimõõt on umbes 10 mikromeetrit, on hea katsejuhtum, kuna need on sarnased rakkudega, mis moodustavad keha organid, ütles Kniss.

Kui kiud olid üksteisest keskmiselt 30 mikromeetri kaugusel, paljunesid rakud väga kiiresti ja levisid kogu bioreaktoris.

Kuid kui kiud olid teineteisest 40 mikromeetri kaugusel, moodustasid rakud vabas ruumis kobaraid ja käivitasid enne diferentseerumist kehas keemilisi funktsioone.

Kniss ütles, et suudab öelda, et rakkude tükid muudavad oma funktsiooni, kui nad aeglustasid paljunemist ja suurendasid ainevahetust. Rakud tarbisid rohkem glükoosi ja tootsid rohkem piimhapet. Samuti hakkasid nad tootma östrogeeni, peamist hormooni, mida platsentarakud tavaliselt toodavad.

Yang selgitas, kuidas teadlaste arvates mõjutas tühimiku suurus rakkude kasvu ja käitumist. Kui kiudude vahelised vahed olid piisav alt väikesed, et rakud saaksid pilu kergesti ületada (30 mikromeetrit), paljunesid need kiiresti. See peegeldab kiire rakutootmise algfaasi, kui kehas hakkavad moodustuma elundid. Kui kiudude vahelised ruumid olid rakkude läbimiseks liiga suured (40 mikromeetrit), hakkasid nad üksteise peale kasvama, nagu ka kehas enne rakkude diferentseerumist.

"See termilise kokkusurumise tehnika võimaldab meil luua kindla suurusega lünki, mis sunnivad rakke paljunema või diferentseeruma ja loodetavasti mõlemat," ütles Kniss.

"Kudede genereerimiseks vajame algul kiiret kasvu, seejärel diferentseerumist. Protsessi leidmine, kus laboris mõlemat teha, on väljakutse," ütles Yang.

Ma ütles, et põhjus, miks kleepimine võimaldab rakkudel diferentseeruda, on endiselt bioloogiline mõistatus. Ta arvab, et muud tegurid, nagu rakkudevaheline keemiline side, võivad ajendada rakke diferentseeruma.

Knissil ei ole kohe plaanis kasutada seda tehnoloogiat tervete organite kasvatamiseks. Samas ütles ta, et teiste laborite teadlased üritavad praegu nendega seotud tehnoloogiaid kasutades kasvatada luu-, põie-, neeru-, maksa- ja sarvkestarakke.

"Meie pakutavad aluspõhimõtted aitavad neid inimesi praegu ja loodetavasti aitavad need tulevikus ka teistel inimestel toota terveid elundeid," ütles ta.

Oma doktoritöö jaoks töötab Li nabaväädi vererakkude kasvatamise nimel. Kui see õnnestub, võib bioreaktorit kasutada ühel päeval luuüdi siirdamisega patsientide rakkude kasvatamiseks.

Populaarne teema