2023 Avtor: Sophia Otis | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-05-21 01:53
Moč magnetizma lahko obravnava velik problem, s katerim se soočajo bioinženirji, ko poskušajo ustvariti novo tkivo – pridobiti človeške celice, da ne le tvorijo strukture, temveč tudi za spodbujanje rasti krvnih žil, da bi to rast hranili..
Multidisciplinarna skupina raziskovalcev z univerze Duke, univerze Case Western Reserve in univerze v Massachusettsu v Amherstu je ustvarila okolje, kjer magnetni delci, suspendirani v specializirani raztopini, delujejo kot molekularni ovčarski psi. Kot odgovor na zunanja magnetna polja pastirji potiskajo prosto plavajoče človeške celice, da tvorijo verige, ki bi jih lahko vključili v pristope za ustvarjanje človeških tkiv in organov.
Raziskovalci so povedali, da se celice ob stiku naravno ne oprimejo le, ampak lahko usklajene celične konfiguracije spodbujajo ali pospešijo nastanek in rast drobnih krvnih žil.
"Razvili smo razburljiv način uporabe magnetizma za manipuliranje človeških celic, ki prosto plavajo v raztopini, ki vsebuje magnetne nanodelce," je povedal Randall Erb, študent četrtega letnika podiplomskega študija v laboratoriju Benjamina Yellena, docenta za strojništvo in Znanost o materialih na inženirski šoli Pratt University Duke. "Ta nov proces sestavljanja celic obeta veliko raziskav tkivnega inženiringa in ponuja nov način organiziranja celic na poceni in lahko dostopen način."
Melissa Krebs, študentka tretjega letnika biomedicinskega inženiringa na Case Westernu in Erbova sestra, je soavtorica prispevka, ki se je pojavil na spletu pred majsko objavo revije Nano Letters, ki jo izdaja American Chemical Society.
"Celice imajo na svojih površinah receptorje, ki imajo afiniteto do drugih celic," je dejal Krebs. "Postanejo lepljive in se pritrdijo ena na drugo. Ko se endotelijske celice združijo na linearni način, kot so to storili v naših poskusih, jim lahko pomaga, da se organizirajo v drobne tubule."
Nanodelci, ki vsebujejo železo, ki so jih uporabili raziskovalci, so suspendirani v tekočini, znani kot ferofluid. Ena od edinstvenih lastnosti teh ferofluidov je, da postanejo močno magnetizirane v prisotnosti zunanjega magnetizma, kar omogoča raziskovalcem, da zlahka manipulirajo s tvorbo verige s spreminjanjem jakosti magnetnega polja.
Na koncu postopka se nanodelci preprosto sperejo, tako da ostane linearna veriga celic. To, da celice ostanejo žive, zdrave in relativno nespremenjene brez kakršnih koli škodljivih učinkov procesa, je eden od večjih napredkov novega pristopa pred drugimi strategijami, ki uporabljajo magnetizem.
"Drugi so poskušali uporabiti magnetne delce znotraj ali na površini celic," je dejal Erb. "Vendar pa je železo v nanodelcih lahko strupeno za celice. Prav tako je lahko postopek naknadnega odstranjevanja nanodelcev škodljiv za celico in njeno delovanje."
Ključna sestavina teh študij je bila sinteza netoksičnih ferofluidov kolegov Bappaditya Samanta in Vincenta Rotella z Univerze v Massachusettsu, ki sta razvila metodo za prevleko magnetnih nanodelcev z govejim serumskim albuminom (BSA). beljakovine, pridobljene iz kravje krvi. BSA je stabilen protein, ki se uporablja v številnih poskusih, ker je biokemično inerten. V teh poskusih je BSA zaščitil celice pred strupenim železom.
"Druga glavna prednost našega pristopa je, da ustvarjamo tridimenzionalne celične verige brez kakršnih koli sofisticiranih tehnik ali opreme," je dejal Krebs. "Vsaka vrsta tkiva, ki bi jo na koncu želeli izdelati, bo morala biti tridimenzionalna."
Za svoje poskuse so raziskovalci uporabili endotelijske celice človeške popkovine. Uporabljene so bile tudi druge vrste celic in raziskovalcem se zdi, da lahko ta novi pristop deluje s katero koli vrsto celice.
"Še v zgodnjih fazah smo pokazali, da lahko oblikujemo usmerjene celične strukture," je dejal Eben Alsberg, docent za biomedicinski inženiring in ortopedsko kirurgijo pri Case Western in višji avtor prispevka. "Naslednji korak je videti, ali bo prostorska razporeditev teh celic v treh dimenzijah spodbudila tvorbo žil. Glavna ovira pri tkivnem inženirstvu je vaskularizacija in upamo, da bo ta tehnologija lahko pomagala pri reševanju problema."
Raziskavo so podprli Nacionalni inštituti za zdravje, Nacionalna znanstvena fundacija in Case Western.
