211service.com
Audus, kas veido paši
Šūnas, kas pārklātas ar lipīgiem DNS gabaliņiem, var patstāvīgi apvienoties funkcionālās trīsdimensiju mikrostruktūrās. Šī augšupējā pieeja audu inženierijai, ko izstrādājuši Lorensa Bērklija Nacionālās laboratorijas un Kalifornijas Universitātes Bērklijā zinātnieki, piedāvā jaunu risinājumu vienai no lielākajām problēmām šajā jomā: daudzšūnu audu radīšanai ar noteiktām struktūrām. Atšķirībā no lejupejošām metodēm, kurās zinātnieki veido šūnu struktūras uz sastatnēm, jaunā tehnika ļauj audu inženieriem noteikt precīzu atsevišķu šūnu ģeometrisko mijiedarbību.
Divkāršas problēmas: Divas kopas ir savienojušās, veidojot lielāku, strukturāli sarežģītāku mikroaudi. Pielāgojot mainīgos un pievienojot šūnas secīgās iterācijās, pētnieki cer radīt arvien sarežģītākus komplektus.
Pētnieki sāka ar diviem šūnu veidiem – vienu, kas izdala proteīnu, ko sauc par augšanas faktoru, kas otram ir nepieciešams, lai augtu. Līdzautors Zevs Gārtners , tagad farmācijas ķīmiķis Kalifornijas Universitātē Sanfrancisko, dekorēja šūnas ar vienpavediena DNS fragmentiem, kas pievienoti, izmantojot specializētus cukurus, kas iekļauti šūnu membrānā. Abi šūnu veidi nesa komplementāras DNS virknes, kas darbojās kā sava veida Velcro. Kad dažādas šūnas tika apvienotas, to komplementārie DNS fragmenti savienojās divos pavedienos, savienojot šūnas kopā. Savienojoties ar proteīnu ražojošajiem partneriem, no olbaltumvielām atkarīgās šūnas uzplaukst. Bez DNS pārklājuma abi šūnu veidi nevar sazināties, un atkarīgās šūnas mirst.
Mainot abu šūnu tipu relatīvās koncentrācijas, pētnieki varēja manevrēt šūnas noteiktās konfigurācijās. Piemēram, kad šūnas tika apvienotas proporcijā viens pret vienu, tās vienkārši izveidoja pārus. Bet, kad no augšanas faktora atkarīgo šūnu skaits ievērojami pārsniedza to kolēģus, tās izveidoja raksturīgas trīsdimensiju kopas ar vienu augšanas faktoru izdalošu šūnu centrā. Rezultāti parādījās pirmdien agrīnajā tiešsaistes izdevumā Proceedings of the National Academy of Sciences .
Šī pieeja nodrošina jaunu veidu, kā atjaunot audu sarežģītību, saka Ali Khademhosseini , Hārvarda-MIT Veselības zinātņu un tehnoloģiju nodaļas un Hārvardas Medicīnas skolas docents, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Lielākā daļa audu inženierijas metožu rada trīsdimensiju struktūras, izmantojot sastatņu materiālus.
Kad mikrostruktūras bija izveidojušās, Gārtners un viņa kolēģis Karolīna Bertoci , Bērklija laboratorijas Molekulārās lietuves nanozinātņu pētniecības iestādes direktors, ieslodzīja tos želejā un attēloja tos trīs dimensijās, izmantojot fluorescences mikroskopu. Tā kā šūnu virsmas DNS ilgtermiņā nav stabila, vēl nav skaidrs, cik ilgi struktūras izturēs pašas. Pētnieki pašlaik pēta, vai saistītās šūnas sāks ģenerēt savas dabiskās adhēzijas molekulas, lai saglabātu tās pievienotas, kad DNS saites būs pazudušas.
Līdz šim šīs mikrostruktūras ir rudimentāras - tālu no visa orgāna strukturālās izsmalcinātības. Taču, pielāgojot šūnu tipu attiecību, DNS blīvumu uz šūnu virsmām un DNS sekvenču sarežģītību, Gārtners un Bertoci cer izveidot lielākus un sarežģītākus mezglus. Spēlējoties ar šiem mainīgajiem, mēs varam novirzīt veidojamās struktūras veidu, saka Gartners.
Video
Šūnu Velcro: Jaunā pieejā audu inženierijai no apakšas uz augšu divi dažādi šūnu tipi spontāni apvienojas trīsdimensiju mikrostruktūrās, piemēram, šajā, kad to virsmas ir pārklātas ar lipīgām DNS daļām. Tā kā sarkano šūnu DNS papildina DNS, kas atrodas uz zaļajām šūnām, tās dabiski salīp kopā, turot šūnas tiešā tuvumā.
Kredīts: Bertozzi Lab
Lai gan šī jaunā metode nav pirmā, kas risina audu inženieriju no apakšas uz augšu, Gartner saka, ka tā ir vienīgā, kas spēj pietiekami precīzi noteikt, kā atsevišķas šūnas mijiedarbojas ar saviem kaimiņiem. Un pat tad, ja izrādās, ka šī tehnika nav piemērota, viņš saka, tas principā varētu nodrošināt strukturālus blokus izmantošanai citās topošās augšupējās pieejās, piemēram, slāņa slāņa audu drukāšanā vai lāzera manipulācijās.
Khademhosseini saka, ka ir pāragri spriest, vai jaunā tehnika galu galā radīs audus, kas piemēroti izmantošanai reģeneratīvajā medicīnā. Tam ir liels potenciāls, un tas var nodrošināt terapiju nākotnē, taču, lai izveidotu klīniski dzīvotspējīgu produktu, ir jāpārvar citi izaicinājumi, viņš saka. Piemēram, vēl ir jāredz, no kurienes nāks šūnas audu audzēšanai un kā organisms radīs jaunus asinsvadus, lai pabarotu transplantētos audus.
Dens Dimitrijevičs , Ziemeļteksasas Universitātes Veselības zinātnes centra Cilvēka audu un šūnu inženierijas laboratoriju direktors, ir skeptiskāks. Viņš šaubās, vai jaunā pieeja spēs radīt stabilus, drošus un funkcionālus audus, kas izturēs, kad tie tiek pārstādīti reālā dzīvā organismā. Viņš saka, ka tā ir interesanta zinātne, bet, kas attiecas uz audu inženieriju, tā patiešām ir izstiepta.
Pat ja tas neizdodas reģeneratīvās medicīnas ziņā, Gartners uzskata, ka šī metode joprojām varētu izrādīties noderīga kā instruments, lai pētītu, kā dažādi šūnu veidi sazinās, piemēram, audzēja veidošanās procesā. Tas tagad dod mums jaunu rīku, lai izņemtu šīs struktūras no cilvēka saimniekorganisma — kur, protams, tās ir ļoti grūti izpētīt vairāku tehnisku un ētisku iemeslu dēļ — un ievietot tās kolbā, kur mēs varam tās detalizēti pētīt ilgu laiku. laika periodos, viņš saka.