Сегодня, после десятилетий поиска эффективных способов лечения таких недугов, как болезнь Паркинсона или сахарный диабет первого типа, главные надежды связаны с терапией на основе плюрипотентных стволовых клеток, чему причиной их уникальная способность к самообновлению и дифференциации в (почти) любые специализированные клетки.

Но прежде чем эта методика получит шанс на то, чтобы стать реальностью, учёные должны разработать такую систему культивации, которая позволила бы производить стволовые клетки буквально в промышленных масштабах.

Чтобы преодолеть ограничения, накладываемые на рост клеток стандартной монослойной субстратной системой, учёные из Института биоинжиниринга и нанотехнологий A*STAR (Сингапур) предлагают создавать трёхмерные каркасы, стимулирующие пролиферацию и дифференциацию стволовых клеток в определённых химических условиях. Сами каркасы состоят из волокна, образованного нитями противоположно заряженных полимеров. Очень важно то, что предложенное решение легко масштабируется. Дело в том, что каркасы не только позволяют обойтись без использования больших концентраций ключевых факторов роста (за счёт облегчённой диффузии), но и защищают клетки от так называемого напряжения сдвига, возникающего при использовании объёмных биореакторов.

Для создания каркаса применялись положительно заряженный полимер хитин, экстрагированный из крабового панциря, и отрицательно заряженный полимер альгинат натрия (натриевая сольальгиновой кислоты). После нанесения водного раствора каждого из полимеров на стерильную поверхность капельки сблизили (хирургическим пинцетом) до возникновения общей границы. В результате в области контакта начал появляться хитин-альгинатный комплекс, удерживаемый от распада сильными электростатическими силами. Таким образом удалось добиться формирования длинного полимерного волокна, которое попросту намотали на специальный держатель для окончательного получения трёхмерной системы.

Инкорпорировать стволовые клетки в структуру объёмного каркаса оказалось очень просто. Добавив стволовые клетки в раствор альгината, который используется для синтеза волокна, учёные получили сетку с равномерно распределёнными по ней клетками (см. иллюстрацию). Затем, по истечении какого-то времени, каркас был разрушен с помощью специальных ферментов, что дало несравненно большее количество стволовых клеток, чем то, что было использовано в начале эксперимента. Для справки: традиционный метод за тот же срок «даёт» в 17 раз меньше клеток.

Как всё это объясняется? Сингапурцы полагают, что их система обеспечивает «микроклимат», в котором клетки могут расти в составе агрегатов. Инкапсулированные стволовые клетки сохраняют свою плюрипотентность и не подвергаются каким-либо генетическим мутациям даже в том случае, если из них в течение многих поколений выращивают новые культуры. Кроме того, «каркасные» клетки продемонстрировали повышенную живучесть при замораживании (вместе с каркасом), что намекает на возможность долгого хранения.

Но самое интересное в том, что функциональностью этих клеток можно легко управлять, меняя химический состав среды. Так, они способны к самообновлению или дифференцированию в зависимости от того, какие именно питательные вещества содержатся в окружающем растворе.

Авторы работы утверждают, что их система уже сейчас способна генерировать стволовые клетки в количествах, достаточных для создания искусственных тканей.

Отчёт о проделанной работе опубликован в журнале Biomaterials.

Подготовлено по материалам A*STAR Research.

На фото: эмбриональные стволовые клетки, инкапсулированные в трёхмерный каркас на основе полимерных волокон (микрофото A*STAR).

Источник: http://science.compulenta.ru/710598/