Исследователи убедили эмбриональные стволовые клетки человека превратиться в работающие клетки спинного мозга более эффективно, выращивая эти клетки на мягком утрафиновом ковре, сделанном из ключевого ингредиента Silly Putty. Их исследование опубликовано на сайте Nature Materials 13 апреля.Это первое исследование, которое напрямую связывает физические, а не химические сигналы с дифференцировкой эмбриональных стволовых клеток человека.
Дифференциация — это процесс трансформации исходных клеток в более чем 200 типов клеток, которые становятся, например, мышцами, костями, нервами и органами.Цзяньпин Фу, доцент кафедры машиностроения Университета штата Мичиган, говорит, что полученные данные открывают возможность более эффективного способа направлять стволовые клетки для дифференциации и потенциально обеспечивать лечение таких заболеваний, как боковой амиотрофический склероз (болезнь Лу Герига), болезнь Хантингтона или болезнь Альцгеймера.В специально разработанной системе выращивания — «коврах», разработанных Фу и его коллегами, — микроскопические столбики полидиметилсилоксана, входящего в состав компонента Silly Putty, служат в качестве нитей.
Изменяя высоту столба, исследователи могут регулировать жесткость поверхности, на которой выращивают клетки. Более короткие столбы более жесткие — как промышленный ковер.
Более высокие — более мягкие — более плюшевые.Команда обнаружила, что стволовые клетки, которые они выращивали на высоких, более мягких коврах с микропостами, превращались в нервные клетки намного быстрее и чаще, чем те, которые они выращивали на более жестких поверхностях. Спустя 23 дня колонии клеток спинного мозга — двигательных нейронов, которые контролируют движение мышц — которые росли на более мягких коврах с микропостами, были в четыре раза более чистыми и в 10 раз больше, чем те, которые растут на традиционных пластинах или жестких коврах.
«Это очень интересно», — сказал Фу. «Чтобы реализовать многообещающие клинические применения эмбриональных стволовых клеток человека, нам нужна более совершенная система культивирования, которая может надежно производить больше клеток-мишеней, которые хорошо функционируют. Наш подход — большой шаг в этом направлении за счет использования синтетических микротехнических поверхностей для управления механическими сигналами окружающей среды. "Фу сотрудничает с врачами Медицинской школы UM.
Ева Фельдман, профессор неврологии Рассела Н. ДеДжонга, изучает боковой амиотрофический склероз, или БАС. Он парализует пациентов, поскольку убивает двигательные нейроны головного и спинного мозга.
Такие исследователи, как Фельдман, считают, что лечение стволовыми клетками — как эмбриональными, так и взрослыми — может помочь пациентам вырастить новые нервные клетки. Она использует технику Фу, чтобы попытаться создать свежие нейроны из собственных клеток пациентов.
На данный момент они изучают, как и может ли этот процесс работать, и надеются опробовать его на людях в будущем.«Профессор Фу и его коллеги разработали инновационный метод получения высокопродуктивных и высокочистых мотонейронов из стволовых клеток», — сказал Фельдман. «Для БАС подобные открытия предоставляют инструменты для моделирования болезни в лаборатории и для разработки методов лечения клеточного замещения».Выводы Фу идут глубже, чем подсчет клеток.
Исследователи подтвердили, что новые двигательные нейроны, полученные на мягких микропоста-коврах, демонстрируют электрическое поведение, сопоставимое с поведением нейронов человеческого тела. Они также идентифицировали сигнальный путь, участвующий в регуляции механически чувствительного поведения. Сигнальный путь — это путь, по которому белки переносят химические сообщения от границ клетки в ее глубину.
Путь, на котором они остановились, названный Hippo / YAP, также участвует в контроле размера органа и одновременно вызывает и предотвращает рост опухоли.Фу говорит, что его открытия могут также дать представление о том, как эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в организме.
«Наша работа предполагает, что физические сигналы в клеточной среде важны для формирования нейронного паттерна, процесса, при котором нервные клетки становятся специализированными для выполнения своих конкретных функций в зависимости от их физического местоположения в организме», — сказал он.