Фаги подвесили железные клетки в магнитном поле
Выращивать клетки людской тела, левитирующие в магнитном поле, обучились американские медики. Для этого им потребовалось собрать воедино пара созданных ранее разработок. Новая методика призвана уменьшить изучение и тестирование лекарств раковых опухолей, поскольку, согласно точки зрения учёных, оказывает помощь клеткам «ощутить себя как дома».
Способ управления клетками живого организма, подвешенными в жидкости при помощи магнитного поля, создали биологи из университета Райса (Rice University) и онкологического центра Андерсона при университете Техаса (M. D. Anderson Cancer Center).
По-любому (в прямом и переносном смысле слова), а печень, сердце а также отдельные ткани в чашке Петри не вырастишь. По причине того, что плоская она, а в таких условиях биологический материал ведёт себя неадекватно, не соответствуют замечаемые явления тем, что происходят в тела.
Фотография гидрогеля, полученная при помощи темнопольной микроскопии (Dark field microscopy). Масштабная линейка – два микрометра (фото Nature Nanomaterials).
Вот и стараются учёные создать трёхмерную матрицу для органов и тканей, изобретая разнообразные объёмные чашки Петри . Нынешняя работа продолжила это направление.
Глауко Соудза (Glauco Souza) и его сотрудники попытались расположить клетки в трёхмерном пространстве без каких-либо микроскопических лесов и подручных приспособлений. Они подняли клетки со дна сосуда при помощи магнитного поля (но не так, как при с мышами).
Для этого учёные изготовили гидрогель на базе полимера, что содержал наночастицы золота диаметром 50±8 нанометров и намерено созданные вирусы — фаги. Считается, что они поражают бактерии, но надёжны для клеток млекопитающих.
Невооружённым глазом видно, что при осаждении гидрогель отлично захватывает частицы оксида железа (фото Nature Nanomaterials).
Эти «наночелноки», каковые американские биологи именуют Au-phage-MIO, способны доставлять в органы и клетки своеобразные грузы. В этом случае таковой нужной нагрузкой стали наночастицы магнетита (Fe3O4, диаметром 10-100 нм).
По окончании того как в гель были добавлены живые клетки, фаги вынудили магнитные частицы внедриться вовнутрь них. На это ушло пара часов. После этого гель удалили, культуру шепетильно промыли, и потом начались опыты с применением магнитного поля.
Выяснилось: дабы клетки начали левитировать и образовывать трёхмерную суспензию в питательной жидкости, достаточно приложить не сильный поле. В пресс-релизе университета Райса упоминается, что использованный магнит был сопоставим по размерам с монетой.
Схема процесса обработки клеток (иллюстрация Nature Nanomaterials).
В таком подвешенном положении клетки смогут жить и размножаться, распространяясь во все стороны, – это для них естественней, чем обитание на плоском дне чашки. Значит, в лабораторных условиях они и функционировать будут так же, как в живой природе.
Для проверки этого предположения медики совершили следующий опыт: они забрали глиобластомы (раковые клетки опухоли, появившиеся в мозге человека) и совершили с ними все вышеописанные манипуляции.
Глиобластомы «проросли» в трёхмерной среде (через 72 часа появились сферы диаметром один миллиметр) и начали создавать те же белки, что и в организме мыши. Наряду с этим в прошлых опытах в плоских чашках ничего аналогичного с раковыми клетками не происходило (подробности – в статье авторов разработки в издании Nature Nanotechnology).
Передвигая магнит и изменяя напряжённость магнитного поля, биологи обучились варьировать форму «мячиков» из клеток. Это может понадобиться в будущем при создании тканей различных типов. Скажем, нервные волокна и кожа растут по-различному, значит, и «вытягивать» их нужно непохожими методами.
Микрофотографии левитирующих глиобластом, полученные при помощи просвечивающей электронной микроскопии. Слева направо: по окончании 24 часов культивирования, наночастицы магнетита в клеток выделены чёрным цветом; через 7 дней, в центре сфер из клеток наночастицы переместились во внеклеточный матрикс; кроме этого 7 дней спустя, в оболочке сфер практически не осталось наночастиц.
Масштабная линейка – 5 микрометров (фото Nature Nanomaterials).
«Прелесть этого способа в том, что он даёт клеткам возможность взаимодействовать между собой, строить трёхмерную структуру из микротканей. Простота разработки разрешает применять её любой лаборатории, которая только-только начинает заниматься выращиванием пространственных культур клеток, любой научной группе, заинтересованной в изучении стволовых клеток. Способ возможно использовать в биотехнологиях и регенеративной медицине, и опробовании лекарств», — говорит один из исследователей Роберт Рафаэль (Robert Raphael).
Американские учёные грезят, что непременно при содействии их разработки будут выращиваться ткани для трансплантации а также целые человеческие органы. Но пока главным применением новинки, вероятнее, вправду станет тестирование лекарственных методов и препаратов лечения злокачественных опухолей.
«Культуры, растущие в трёхмерном пространстве, больше похожи на настоящие ткани тела, соответственно, они предоставляют более точные результаты доклинических опробований лекарств, — говорит ещё один создатель работы Том Киллиан (Tom Killian). — В это же время, в случае если вам удастся улучшить точность ранней процедуры проверки лекарств хотя бы на 10%, вы сэкономите много миллионов долларов на каждом препарате».
Ещё один плюс нового способа – скорость. «Магнитные силы заставляют частицы слипаться весьма скоро», — отмечает Джордж Уайтсайдс (George Whitesides) из Гарварда, не участвовавший в данной работе.
«Если вы тестируете, например, 100 тысяч доз лекарств на токсичность на 100 тысячах образцов ткани, экономия времени возможно очень большой», — вторит ему Киллиан.
Сверху: фотографии подвешенных глиобластом, полученные при помощи сканирующей электронной микроскопии: спустя 24 часа по окончании начала опыта и на восьмой сутки. Масштабная линейка – 100 микрометров.
Внизу: флуоресценция клеток на следующий день и через 12 недель, последняя демонстрирует жизнеспособность клеток. Линейка – 200 микрометров (фото Nature Nanomaterials).
Но Уайтсайдс показывает и на один из недочётов способа, свойственный, но, и всем остальным: клетки, расположенные во внутренней части любых лабораторных трёхмерных структур, страдают от недочёта питательных веществ, кислорода и скоро отмирают. На это Том отвечает, что вместе с сотрудниками уже трудится над созданием раствора, что, быть может, примет решение эту проблему.
Ещё одно использование новинки – изучение рака. Злокачественные опухоли, выращенные на «невидимой матрице», создаваемой магнитным полем, кроме этого больше похожи на те, что разрастаются в людской теле. Это само по себе громадное достижение, додаёт ещё один исследователь Вадих Арап (Wadih Arap).
на данный момент команда Соудза проводит дополнительные тесты-сравнения существующих сейчас способов выращивания трёхмерных матриц из новой магнитной и клеток разработки. До тех пор пока Глауко уверен, что эта разработка продемонстрирует совершенно верно такие же, если не отличных показателей.
Кстати, предстоящей коммерциализацией способа займётся начинающая компания Nano3D Biosciences, которой сейчас в собственности лицензия на создание магнитного геля. Точно как мы знаем, что в ней уже придумали понятное название и простой будущему устройству – Bio-Assembler («Биосборщик»). Возможно, как раз его в недалеком будущем начнут предлагать всем лабораториям, желающим опробовать новый необыкновенный способ выращивания тканей.
