MIT, NYU teadlased loovad esimese disaineri biomaterjali imetajate närvirakkude kasvatamiseks

MIT, NYU teadlased loovad esimese disaineri biomaterjali imetajate närvirakkude kasvatamiseks
MIT, NYU teadlased loovad esimese disaineri biomaterjali imetajate närvirakkude kasvatamiseks
Anonim

Võib olla ideaalne karkass närvirakkude regenereerimiseks

CAMBRIDGE, Massachusetts – Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi ja New Yorgi Ülikooli teadlased teatavad ajakirja Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 6. juuni numbris, et nad on valmistanud elusaid närvirakke toetava biomaterjali..

See peptiidipõhine karkass, millel neuronid kasvatavad üksteisega suhtlemiseks ja funktsionaalsete sünapside loomiseks kiude, võib olla kaua otsitud ideaalne keskkond asendusnärvirakkude kasvatamiseks seljaaju vigastuste ja muude närvivormide ohvrite jaoks. kahju.

Uued bioloogilised materjalid, mis põhinevad peptiidideks nimetatavatel pisikestel valkude sidemetel, muutuvad üha olulisemaks paljude uuenduslike meditsiinitehnoloogiate lähenemisviiside väljatöötamisel, sealhulgas ravimite kontrollitud vabanemine, uued karkassid rakupõhiste teraapiate jaoks, koetehnoloogia ja biomineraliseerimine, " ennustavad autorid Shuguang Zhang, MIT-i biomeditsiinitehnika keskuse asedirektor; Todd C. Holmes (MIT PhD, 1994), NYU bioloogiadotsent; ja kolleegid.

See on esimene omataoline peptiidipõhine biomaterjal, mida saab kujundada molekulaarsel tasemel. Kuigi loomsete rakkude osi, näiteks kollageeni, saab ekstraheerida rakkude kasvatamise alusena, võivad sellised loomse päritoluga materjalid kanda viirusi ja edasi kanda kinnitunud kasvavatele rakkudele. Seevastu uut peptiidipõhist materjali ei ekstraheerita loomarakkudest.

Ja erinev alt teistest sünteetilistest materjalidest on need peptiidid täielikult bioloogilised.Peptiidid koosnevad aminohapetest, mis on kõigi valkude ehitusplokid. Peptiidid ei kutsu elusloomadel esile immuunvastust ega põletikku ning neid saab kasutada mitmesugustel rakendustel. "Põhjus, miks see materjal on nii huvitav ja ainulaadne, seisneb selles, et saame seda individuaalselt kohandada nii, et see kasvataks peaaegu igat tüüpi rakke kehas," ütles Zhang.

"Bioloogiliste materjalide ja nendega seotud rakupõhiste ravimeetodite edasiarendamine võib viia meid kahjustatud närvisüsteemi parandamise tabamatule eesmärgile lähemale," kirjutas Saksamaa Hamburgi ülikooli molekulaarse neurobioloogia teadur Melitta Schachner. Schachner kirjutas selle töö kohta ajakirjas Nature artikli "Uudised ja vaated".

AJU JA SELJAAJU TAASTAMINE

Teadlased töötavad selle nimel, et töötada välja uued bioloogiliselt ühilduvad karkassid ravimite kontrollitud vabanemise, kudede parandamise ja koetehnoloogia jaoks.

Sünteetilisi karkasse on kasutatud muuhulgas naha, maksa ja kõhrede kasvatamiseks, kuid mõned rakud ei talu neid karkasse, mis kipuvad olema happelised.

Kuigi edukas karkass peab olema rakusõbralik, peab see olema eriti külalislahke närvirakkude kasvatamiseks. Näib, et aju hoiab oma rakkude paljunemist kindl alt kontrolli all. Inhibiitormolekulid blokeerivad regenereeruvaid neuroneid. Valel substraadil kasvatatud neuronid surevad. Pärast esialgset arenguperioodi päris elu alguses toodab täiskasvanud kesknärvisüsteem väga vähe uusi neuroneid.

Zhangi, Holmesi ja kolleegide välja töötatud uus biomaterjal näib olevat ideaalne substraat ehk kasvupind rakkudele, mis on mõeldud kahjustatud kudede asendamiseks närvisüsteemis. Neuronid kinnituvad selle külge ja kasvavad aksonid, pikad sabad, mille kaudu nad signaale saadavad. Nendes kultiveeritud rakkudes moodustuvad aktiivsed sünapsid – ruumid, mille kaudu närvirakud suhtlevad.

NUTIKAS LEGOD

Meie kehas leiduva üle 80 000 erineva valgu fragmente nimetatakse peptiidideks. Peptiidid muudavad end nagu pisikesed nutikad Legod miljoniteks olulisteks aineteks.

Zhang ja teised teadlased avastasid hiljuti, et neid samu peptiide saab muuta täiesti uuteks looduslikeks materjalideks, mis võivad täita mitmesuguseid kasulikke funktsioone nii kehas kui ka väljaspool.

Teadlased on avastanud, et peptiidid võivad ise koguneda mittevalgulaadseteks struktuurideks, nagu kiud, torukesed, lehed ja õhukesed kihid. Neid saab muuta reageerima happesuse, mehaaniliste jõudude, temperatuuri, rõhu, elektri- ja magnetväljade ning valguse muutustele. Need on stabiilsed temperatuuridel kuni 350 kraadi Celsiuse järgi ja neid saab taskukohase hinnaga toota kuni tonni korraga. Neid saab programmeerida biolagunema.

Teaduslikust uudishimust palus Zhang Holmesil testida üht oma isekoostuvatest peptiididest närvirakkude mürgisuse suhtes.Nad mitte ainult ei olnud mürgised, vaid tundusid, et nad arenesid kultuuris soola juuresolekul hästi. Soolaga kogunesid peptiidid ise õhukesteks lainelisteks kiledeks, mis meenutavad veidi Saran Wrapi. Mikroskoobi all sisaldas kile kiudude võrgustikku.

Edasised testid näitasid, et närvirakud kasvasid nendel kiududel rõõms alt. Kuigi peptiidide roti lihaskoesse süstimisel immuunvastust ega põletikku ei täheldatud, ei ole neid veel ajus, seljaajus ega perifeersetes närvides testitud.

Teised autorid on Sonsoles de Lacalle California osariigi ülikoolist; Xing Su ettevõttest Affymetrix Inc., Santa Clara, California; Guosong Liu MIT-i aju- ja kognitiivteaduste osakonnast ja Alexander Rich MIT-i biomeditsiinitehnika keskusest.

Populaarne teema