Теперь команда инженеров разработала трехмерный гидрогель, который более точно имитирует условия в мозге. В статье в журнале Biomaterials исследователи описывают новый материал и свой подход, который позволяет им выборочно настраивать повышенную или понижающую злокачественность раковых клеток, которые они изучают.
Новый гидрогель более универсален, чем другие трехмерные гели, используемые для выращивания клеток глиомы (рака мозга), отчасти потому, что он позволяет исследователям изменять индивидуальные параметры — например, жесткость геля или наличие молекулярных сигналов, которые могут влиять на рак. рост — при минимальном изменении других его характеристик, таких как пористость.
По словам профессора химической и биомолекулярной инженерии Брендана Харли из Университета Иллинойса, профессора химической и биомолекулярной инженерии Брендана Харли, который руководил исследованием вместе с докторантом, способность индивидуально настраивать эти характеристики поможет исследователям выявить важные особенности, связанные с начальным ростом опухоли, а также с ее реакцией на клинические методы лечения.
Сара Педрон и студентка Эфтальда Бека. Харли — филиал Института геномной биологии в Иллинойсе.
Исследователи обнаружили, что они могут увеличивать или уменьшать злокачественность клеток глиомы в своем гидрогеле, просто добавляя гиалуроновую кислоту, естественный углевод, обнаруженный во многих тканях, особенно в головном мозге.
Гиалуроновая кислота (ГК) является ключевым компонентом внеклеточного матрикса, который обеспечивает структурную и химическую поддержку клеток по всему телу. ГК способствует пролиферации и миграции клеток, а локальные изменения в уровнях ГК участвуют в росте опухоли.
«Гиалуроновая кислота — один из основных строительных блоков мозга», — сказал Харли. "Структура новообразованной опухоли головного мозга содержит часть этого HA внутри, но также много HA в головном мозге, окружающем опухоль."
По словам Харли, в предыдущих исследованиях для изучения глиом использовались гидрогели, состоящие только из гиалуроновой кислоты. "Проблема в том, что HA структурно не очень прочен.«Также трудно отрегулировать количество HA, которому подвергаются клетки глиомы, если их среда на 100% состоит из HA, — сказал он.
В новом исследовании Педрон наблюдал, как клетки глиомы ведут себя в двух разных гидрогелях — один на основе метакрилированного желатина (GelMA), а другой — на основе более обычного биоматериала полиэтиленгликоля (PEG).
Эти два материала различаются по одному важному признаку: GelMA — это материал природного происхождения, который содержит участки адгезии, которые позволяют клеткам прикрепляться к нему; синтетический ПЭГ не.
«Целью наличия этих двух систем было изолировать влияние HA на клетки глиомы», — сказал Педрон. По ее словам, если изменение уровня ГК вызывает разные эффекты в разных гелях, это означает, что гели способствовали этим эффектам.
Вместо этого Харли и Педрон обнаружили, что добавление HA к клеткам глиомы оказывает «очень похожий» эффект в обоих материалах. Добавление слишком малого или слишком большого количества ГК привело к снижению злокачественности, в то время как включение достаточного количества ГК привело к значительному увеличению злокачественности. Это справедливо для нескольких типов мультиформных клеток глиобластомы.
Это говорит о том, что «вероятно, причина этого злокачественного изменения — это HA», — сказал Харли.
"Если у вас есть материал, который позволяет вам выборочно настраивать повышенную или понижающую злокачественность, это позволит вам задать множество вопросов о методах лечения более злокачественных или менее злокачественных форм глиомы. Это также позволит ученым попытаться получить реакцию, более близкую к тому, что вы видите в теле », — сказал он.
«Если вы поговорите с патологами, они скажут, что биоматериал никогда не позволит вырастить полную опухоль мозга, что, вероятно, и правда», — сказал Харли. «Но реалистично думать, что хорошо разработанный биоматериал позволит вам изучать аспекты роста и лечения глиомы гораздо более богатым способом, чем просто смотреть в чашку Петри, и гораздо более доступным, чем попытки изучить развитие опухоли внутри самого мозга."
U. я. Отдел химической и биомолекулярной инженерии, Институт геномной биологии и Исследовательский совет кампуса поддержали это исследование.