Трехмерные клеточные структуры растут в магнитных полях
19 октября, 2011 год
408
Разработанная технология достаточно проста и может быть прямо сейчас использована в большинстве лабораторий. Чтобы заставить клетку «парить» в растворе во время деления и роста, в новой технологии используются магнитные силы. По сравнению с клеточными культурами, выращенными на плоских поверхностях, 3-D культуры стремятся формировать ткани, более напоминающие ткани реального организма.
«Существует острая необходимость найти способы выращивания клеточных 3-D структур, так как организм трехмерен, и культуры, которые в большей степени напоминают естественные ткани, обеспечат лучшие результаты доклинических испытаний лекарственных препаратов», - говорит один из авторов исследования Том Киллиан (Tom Killian), адъюнкт-профессор физики в Университете Райса (Rice University). «Если мы сможем повысить точность ранних скринингов лекарственных препаратов хотя бы на 10%, это будет означать, что мы сэкономили 100 миллионов долларов на каждом препарате».
При исследованиях рака создание и использование магнитного поля для выращивания клеточных культур, более напоминающих реальные опухоли, само по себе явится важным шагом вперед, считает соавтор исследования Вадих Арап (Wadih Arap), доктор медицины и философии, профессор Центра Дэвида Коха при Онкологическом центре Андерсона Техасского университета (David H. Koch Center at The University of Texas M.D. Anderson Cancer Center).
Чтобы заставить клетки парить, ученые модифицировали комбинацию наночастиц золота и биоинженерных вирусных частиц, называемых фагами, которые были разработаны в лаборатории Арапа и Ренаты Пасквалини (Renata Pasqualini), также из Центра Коха. Такие адресные «наношатлы» могут доставлять полезные грузы к определенным органам и тканям.
«Следующим логическим шагом для нас будет использование этих дополнительных магнитных свойств в конкретных условиях визуализации и лечения опухолей», - говорит Арап.
3-D моделирование дает еще одну интересную возможность. Это шаг на пути к созданию в лабораторных условиях лучших моделей органов.
Новая технология является примером инноваций, которые становятся возможными благодаря сотрудничеству специалистов из разных областей. Киллиан изучает сверххолодные атомы и использует для этого тонко настроенные магнитные поля. Он несколько лет проработал с биоинженером из Университета Райса Робертом Рафаэлем (Robert Raphael) в области использования магнитных полей для манипуляций с клетками. Поэтому когда его друг Глауко Суоза (Glauco Souza), работавший тогда с Арапом и Пасквалини, заметил, что он разрабатывает гель для загрузки раковых клеток магнитными наночастицами, родилась новая идея.
«Нам хотелось выяснить, сможем ли мы использовать магнитные поля для управления клетками, загруженными магнитными наночастицами с помощью моего геля», - говорит Суоза, который оставил Онкологический цент Андерсона в 2009 году для того, чтобы стать одним из основателей Nano3D Biosciences.
В данном случае ученые использовали наночастицы оксида железа. Они находились в геле, содержащем фаги. Когда к гелю добавлялись клетки, фаги способствовали поглощению ими наночастиц в течение нескольких часов. Затем гель вымывался, а загруженные наночастицами клетки помещались в чашки Петри, наполненные раствором, стимулирующим их рост и деление.
Далее ученые показали, что, поместив магнит размером с монету на крышку чашки Петри, можно поднять клетки со дна, сконцентрировать их и дать им возможность расти и делиться, находясь при этом в растворе.
Ключевой эксперимент был проведен в сотрудничестве с Дженнифер Молина (Jennifer Molina), аспирантом лаборатории Марии-Магдалины Георгеску (Maria-Magdalena Georgescu), доцентом факультета нейроонкологии Онкологического центра Андерсона, где технология была использована на клетках опухоли мозга – глиобластомы. Результаты показали, что клетки, выращенные в 3-D среде, вырабатывали белки аналогичные тем, что вырабатываются глиобластомой у мышей, в то время как клетки, выращенные на плоской поверхности чашки Петри, не демонстрировали такого сходства.
Суоза отмечает, что Nano3D Biosciences проводит дополнительные исследования, чтобы сравнить новый метод выращивания клеточных культур с уже существующими 3-D технологиями. Он считает, что их метод может оказаться более успешным.
Доцент биоинженерии и соавтор статьи Рафаэль считает: «Красота этого метода заключается в том, что он позволяет естественным межклеточным взаимодействиям управлять созданием трехмерных микротканей. Метод довольно прост и легко может быть внедрен в выращивание трехмерных структур во всех лабораториях, занимающихся разработкой лекарственных препаратов, биологией стволовых клеток, регенеративной медициной и биотехнологиями».
Источник:Нанотехнологии в медицине и биологии