Wissenschaftler nutzen 3-D-Umgebung zur Beschleunigung des Wachstums von Stammzellen
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Seit etwa einem Jahrzehnt sind Wissenschaftler in der Lage, reife Zellen in Stammzellen zu verwandeln.
Der Prozess beinhaltet das Einfügen einer Handvoll Gene in den Kern einer bereits differenzierten Zelle, wie eine Hautzelle. Diese Gene sagen der Zelle, dass sie in einen ursprünglichen, undifferenzierten Zustand zurückkehrt, wie er in frühen Embryonen gefunden wurde.
AdvertisementAdvertisementSolche Zellen werden "induzierte pluripotente Stammzellen" oder iPS-Zellen genannt, und ihre Fähigkeit, sich in jede Zelle im menschlichen Körper zu verwandeln, bedeutet, dass sie ein enormes wissenschaftliches und therapeutisches Potenzial haben.
Aber die Labortechniker, die derzeit iPS-Zellen verwenden, brauchen viel Zeit und produzieren nicht viele Zellen. Das ist ein großer Stolperstein für die Forschung.
In diesem Monat gab eine Gruppe von Schweizer Forschern bekannt, dass sie vielleicht einen Weg gefunden hätten, die Dinge zu beschleunigen und es ihnen zu ermöglichen, die Petrischale zu verlassen.
"Was wir derzeit zur Verfügung haben, ist diese zweidimensionale Kunststoffoberfläche, die viele, viele Stammzellen überhaupt nicht mögen", sagt Matthias Lutolf, Professor an der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in der Schweiz und Senior Autor der Studie, die in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht wurde.
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3-D für besseres Wachstum
Lutolf sagte Healthline, dass er und sein Team die Hypothese aufgestellt haben, dass sich die pluripotenten Zellen anders verhalten, wenn sie sich in einer Umgebung befinden, die die dreidimensionalen Bedingungen besser nachahmt des menschlichen Körpers.
Im Körper sind Zellen in einem Netzwerk aus Kollagen und anderen Molekülen suspendiert, die als extrazelluläre Matrix bekannt sind. Das Team könnte sich dieser Umgebung mehr oder weniger annähern, und zwar mit einem von Menschen hergestellten Polymer, das als PEG (Polyethylenglykol) -Gel bekannt ist.
Was sie fanden, war, dass sowohl Maus- als auch menschliche Zellen, die in dem Gel gezüchtet wurden, effizienter und schneller in iPS-Zellen transformiert wurden als Zellen, die in einer Petrischale kultiviert wurden. Tatsächlich haben sich die Gelzellen in der Hälfte der Zeit transformiert, in der sie in einer Schale gewachsene Zellen benötigten.
Ihre Innovation könnte ein echter Segen für Stammzellforscher sein, sagte Kevin Whittlesey, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter am California Institute for Regenerative Medicine.
Wir sprechen über Heilungen, nicht Behandlungen. Kevin Whittlesey, California Institute for Regenerative MedicineDerzeit dauert es Monate, um iPS-Zellen im Labor und Monate danach zu wachsen, um die spezifischen Zellen zu produzieren, die ein Wissenschaftler in der für die Forschung benötigten Menge haben möchte, sagte er. Und das bedeutet, dass Sie viel teures Labormaterial bezahlen müssen.
AdvertisementAdvertisement"In jedem dieser Herstellungsprozesse ist Zeit Geld", sagte Whittlesey Healthline.
Wenn der Prozess hochskaliert werden könnte, ist die Auszahlung möglicherweise enorm - und nicht nur finanziell.
Theoretisch könnten Wissenschaftler der Zukunft Zellen aus der Haut eines Patienten entnehmen, daraus Stammzellen machen und dann das Gewebe wachsen lassen, das der Patient benötigt. Dies würde zu Organtransplantationen führen, die eine perfekte Übereinstimmung zwischen Spender und Empfänger darstellen - weil sie die gleiche Person sind.
Werbung"Wir sprechen über Heilungen, nicht Behandlungen", sagte Whittlesey.
Bis jetzt haben Stammzelltherapien bei der Behandlung von Patienten mit multipler Sklerose und beim Wachstum von Knorpel, Knochen und Nieren in Tiermodellen einige Erfolge gezeigt.
AdvertisementWerbungSowohl embryonale als auch iPS-Zellen könnten auch dazu verwendet werden, Krankheiten auf zellulärer Ebene zu untersuchen und Medikamente auf Nebenwirkungen im Labor zu untersuchen, bevor sie an Patienten verabreicht werden.
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Probleme, die Fixes
Aber es gibt immer noch viele Barrieren zwischen Patienten von Stammzellen Kuren.
WerbungPer Definition teilen sich Stammzellen ebenso wie Krebszellen unkontrolliert. Die Einführung von undifferenzierten Stammzellen in einen Patienten würde den Patienten einem Krebsrisiko aussetzen.
Auch embryonale und iPS-Stammzellen sind notorisch schwer zu kontrollieren. Selbst Zelllinien, die von derselben Elternzelle stammen - die genetisch identisch sein sollte - können sich unterschiedlich verhalten. Einige Zelllinien sind viel besser als andere, bestimmte Gewebe zu werden. Niemand versteht wirklich warum.
AdvertisementAdvertisementDas Gel-Experiment spricht keines dieser Probleme an. Lutolf erklärt, dass sein Team lediglich einen "Proof of Principle" gezeigt habe, dass das Gel erfolgreich zur Herstellung von Stammzellen verwendet werden kann, obwohl sie nicht genau wissen, warum es so gut funktioniert.
Er vermutet, dass es damit zu tun hat, wie die Zellen geformt werden, wenn sie wachsen.
"Wenn wir eine dreidimensionale Umgebung verwenden, zwingen wir die Zellen mechanisch dazu, wie Stammzellen zu wachsen", sagte Lutolf.
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Rund ist besser als Flach
Die Hautzellen, aus denen die iPS-Zellen gewonnen werden, sind wesentlich flacher als Stammzellen. Die breite Ebene einer Petrischale regt die Zellen dazu an, sich wie ihre Eltern Hautzellen auszubreiten.
In der Gelmatrix sind die jungen Zellen dagegen von allen Seiten begrenzt und bilden eine Umgebung, die viel besser für runde Stammzellen geeignet ist als für flache Hautzellen.
Wir glauben, dass dies die Art und Weise, wie Menschen Drogen entdecken und Drogen testen, wirklich verändern wird. Matthias Lutolf, Ecole Polytechnique Federale de LausanneDies ist nicht das erste Mal, dass Zellen in 3-D-Umgebungen kultiviert werden. Tatsächlich haben Wissenschaftler Miniaturorgane entwickelt, indem sie es den Stammzellen ermöglicht haben, sich selbst in Gelmatrizen zu organisieren. Ein niederländisches Laboratorium züchtete 2009 einen Miniaturmausdarm.
Diese Entdeckung hat Lutolf inspiriert, sich der Erforschung solcher Miniaturorgane zu widmen, die auch als "Organoide" bekannt sind."
" Wir denken, dass dies die Art, wie Menschen Drogen entdecken und Drogen testen, wirklich verändern wird ", sagte er.
Und vielleicht, eines Tages, behandeln Patienten.
