Forskare Använd 3-D miljö för att påskynda tillväxten av stamceller

Under ett decennium har forskare kunnat omvandla mogna celler till stamceller.

Processen innebär att man sätter in en handfull gener i kärnan i en redan differentierad cell, som en hudcell. Dessa gener berättar för cellen att återgå till ett primordialt, odifferentierat tillstånd som de som finns i tidiga embryon. Sådana celler kallas "inducerad pluripotenta stamceller" eller iPS-celler, och deras förmåga att förvandlas till någon cell i människokroppen innebär att de har stor vetenskaplig och terapeutisk potential.

Men de laboratorietekniker som för närvarande använder för att göra iPS-celler tar lång tid och producerar inte mycket celler. Det är ett stort hinder för forskning.

Den här månaden meddelade en grupp schweiziska forskare att de kan ha hittat ett sätt att påskynda sakerna och låta dem kvitta Petri-skålen.

annonsering

"Vad vi för närvarande har tillgång till är denna tvådimensionella plastyta som många, många stamceller verkligen inte alls tycker om", säger Matthias Lutolf, Ph.D., professor vid Ecole Polytechnique Federale de Lausanne i Schweiz och seniorförfattare av studien, som publicerades i tidskriften Nature Materials.

Läs mer: Stamcelleterapi en möjlig behandling för reumatoid artrit »

advertisementAdvertisement

Lutolf berättade för Healthline att han och hans team hypoteser att pluripotenta celler skulle uppträda annorlunda om de befann sig i en miljö som bättre liknade de tredimensionella förhållandena av människokroppen.

I kroppen är cellerna suspenderade i ett nätverk av kollagen och andra molekyler som är kända som den extracellulära matrisen. Laget kunde mer eller mindre approximera denna miljö med en mänskligt framställd polymer känd som en PEG (polyetylenglykol) gel.

Vad de fann var att både mus och mänskliga celler som växte i gelén transformerades till iPS-celler effektivare och snabbare än celler odlade i en Petri-skål. I själva verket transformerade gelcellerna i halva tiden det tog celler odlade i en maträtt.

Deras innovation kan vara en riktig välsignelse för stamcellsforskare, säger Kevin Whittlesey, en senior vetenskapsman vid California Institute for Regenerative Medicine.

Vi pratar om botemedel, inte behandlingar. Kevin Whittlesey, Kalifornien Institute for Regenerative Medicine

För närvarande tar det månader att växa iPS-celler i laboratoriet och månader efter det att producera de specifika celler som en forskare kanske vill ha i den kvantitet som behövs för forskning, sa han. Och det betyder att du betalar för mycket dyr labutrustning.

AdvertisementAdvertisement

"I någon av dessa tillverkningsprocesser är tiden pengar," sa Whittlesey Healthline.

Om processen skulle kunna minskas är utbetalningen potentiellt enorm - och inte bara ekonomiskt.

Teoretiskt sett kan framtida forskare ta celler från patientens hud, förvandla dem till stamceller, och odla sedan varje vävnad som patienten behöver. Detta skulle leda till organtransplantationer som är en perfekt match mellan givare och mottagare - eftersom de är samma person.

Annons

"Vi pratar om botemedel, inte behandlingar," sa Whittlesey.

Hittills har stamcellsterapier visat viss framgång vid behandling av multipel sklerospatienter och vid växande brosk, ben och njurar i djurmodeller.

AnnonsAdvertisement

Både embryonala och iPS-celler kan också användas för att studera sjukdomar på mobilnivån och att skärma läkemedel för biverkningar i laboratoriet innan de administreras till patienter.

Läs mer: Kombination av stamceller, kan drogterapier reversera typ 2-diabetes.

Problem som behöver lösningar

Men det finns fortfarande många hinder som skiljer patienter från stamceller.

Annons

Enligt definition dividerar stamceller okontrollerade, precis som cancerceller. Att introducera odifferentierade stamceller till en patient skulle ge patienten risk för cancer.

Också, både embryonala och iPS stamceller är notoriskt svåra att kontrollera. Även cellinjer som härrör från samma föräldercell - som ska vara genetiskt identiska - kan bete sig annorlunda än varandra. Vissa celllinjer är mycket bättre än andra vid att bli vissa vävnader. Ingen förstår verkligen varför.

AnnonsAdvertisement

Gel-experimentet tar inte upp någon av dessa problem. Lutolf förklarar att hans lag bara visade "princip bevis" att gelén kan användas framgångsrikt för att tillverka stamceller, även om de inte är helt säkra på varför det fungerar så bra.

Han misstänker att det har att göra med hur cellerna formas när de växer.

"Vid användning av en tredimensionell miljö, vi sorterar kraftceller mekaniskt för att växa som stamceller," sa Lutolf.

Läs mer: Forskare bryter ner åldringsprocessen »

Rundan är bättre än platt

De hudceller från vilka iPS-cellerna härleds är mycket smalare än stamceller. Det breda planet på en Petri-skål uppmuntrar cellerna att sprida sig ut som deras moderna hudceller.

Men i gelmatrisen är de intryckbara unga cellerna begränsade på alla håll, vilket skapar en miljö som är mycket bättre lämpad för att runda stamceller än platta hudceller.

Vi tror att det här verkligen kommer att förändra hur människor upptäcker droger och testdroger. Matthias Lutolf, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Detta är inte första gången cellerna har odlats i 3-D-miljöer. Faktum är att forskare har odlat miniatyrorgan genom att låta stamceller självorganiseras i gelmatriser. En holländsk lab växte en miniatyrmuskärra på detta sätt under 2009.

Den här upptäckten har inspirerat Lutolf att vända sig mot undersökningen av sådana miniatyrorgan, även kända som "organoider."

" Vi tror att det här verkligen kommer att förändra hur människor upptäcker droger och testdroger ", sa han.

Och kanske, en dag, behandla patienter.