Разработан новый метод печати живых клеток

blocprinting-1

Ученые из Хьюстона сообщают, что разработали малозатратный метод печати живых клеток, при этом новая технология обеспечивает почти стопроцентное их выживание. Новый метод похож на современную ксилографию, которая в свою очередь является древнейшей техникой гравирования по дереву, берущей свое начало в странах Дальнего Востока. Новый процесс производства позволяет печатать живые клетки двумерного профиля практически на любой поверхности.

Проблема нынешних принтеров для печати живых клеток заключается в их малой экономической эффективности. Во-первых, стоимость подобных принтеров может составлять десятки тысяч долларов, а во-вторых, напечатанные на этих принтерах клетки выживают только в 50 процентах случаев. Однако новая технология, по мнению ее создателей, имеет себестоимость примерно в 1 доллар.

Ученые отмечают, что так как технология клеточной блок-печати (Block-Cell-Printing) находится пока лишь в зачаточном состоянии, то она имеет ряд некоторых ограничений: например, процесс создания клеток при использовании данной технологии происходит гораздо дольше и является несколько сложнее, чем традиционные методы печати. Кроме того, технология пока не позволяет печатать трехмерные клетки. Тем не менее ученые говорят, что разработанный метод уже позволяет печать клеточные структуры высокой четкости с расстоянием в 5 микрометров между клетками, а также может быть адаптирован для производства самых разных клеток, все из которых будут показывать высокий уровень выживаемости.

«Клеточная печать используется сейчас в самых различных направлениях — начиная от разработки лекарственных препаратов и заканчивая изучением регенерации тканей, функций клеток и межклеточной коммуникации», — говорит доктор Линдон Цинь, руководитель данного проекта из Института методических исследований Хьюстона.

«Подобные исследования возможны только в том случае, если используются живые и активные клетки. При этом 50-80 процентов — это типичный уровень выживаемости напечатанных клеток при использовании струйного метода печати. Однако в случае с блок-печатью мы смогли добиться практически стопроцентной выживаемости создаваемых клеток. Мы считаем, что современные нынешние технологии не совсем подходят для подобной работы. Напечатанные струйным способом клетки показывают очень высокий уровень поврежденности и смертности».

Разработанная технология печати использует метод физики микрожидкостей, который подразумевает помещение живых клеток в J-образные силиконовые формы. Форма за формой, одна за другой, они заполняют каждую из них и таким образом создают линии клеток. Каждая из этих линий определяется производственным процессом и создает в итоге сеточную структуру. После загрузки пресс-формы начинается процесс печати, очень похожий на сборку конструктора. Отсюда и название подобной технологии печати живых клеток.

Проверку технологии блок-печати доктор Цинь провел на производстве сеточной структуры клеток мозга, а также при изучении роста раковых клеток.

«Созданные нами клеточные связи могут быть полезны при будущем изучении системы сигнальной трансдукции между нейронами, а также при изучении регенерации аксонов (основных отростков нейронов)», — заявил Цинь после успешных испытания блок-печати клеток мозга.

«Все это может быть полезным для понимания болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, подобная технология может найти своей применение при изучении и установки стадий раковых заболеваний».

Ученые готовятся к созданию бионического мозга

Австралийские ученые планируют создать бионический мозг, который сможет воспроизводить почти все процессы, происходящие в настоящем мозгу. Проект по созданию бионического мозга в течение 10 лет будет притворен в жизнь, если правительство выделит 250 миллионов долларов на развитие исследовательского центра.

Ученые готовятся к созданию бионического мозга

Австралийские ученые намерены создать первый бионический мозг. Он сможет воспроизводить почти все те процессы, которые происходят в настоящем мозгу, а также позволит лучше узнать причины возникновения различных болезней.

По подсчетам экспертов проект по созданию бионического мозга обойдется в 250 миллионов долларов. Мозговой центр, организованный Академией наук, считает необходимым объединение ведущих специалистов из разных областей для работы над бионическим мозгом.

Не так давно ученые из Института молекулярных биотехнологий Австрийской академии наук вырастили из стволовых клеток структуру, состоящую из нейронов и других клеток. По сути, получился человеческий мозг, пригодный для тестирования лекарств.

По словам доктора Винсента Дарии из Австралийского национального университета, проект моделирования мозга нельзя переоценить, поскольку мозг является самым важным органом.

Создание такой модели позволит нам лучше узнать причины таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, старческая деменция, посттравматический синдром и некоторых других.

– Боб Уильямсон (Bob Williamson), руководитель исследования

Бионический мозг позволит не только исследовать и лечить психические болезни и травмы мозга, но научит их предотвращать.

Найден метод регенерации печени

Ученые смогли превратить клетки кожи в функционирующие клетки печени. Это открывает большие возможности по лечению заболеваний печени без необходимости привлечения посторонних доноров.

Успехи регенеративной медицины в настоящее время позволяют ученым трансформировать клетки кожи в клетки, максимально близкие по характеристикам к клеткам сердца, поджелудочной железы и даже нейронам. Однако до сих пор создание клеток, соответствующих обычным зрелым клеткам, является сложной проблемой. Ученым из Институтов Глэдстоуна и Университета Калифорнии совершили прорыв на пути к решению этой проблемы: они нашли способ преобразовать клетки кожи в зрелые, полностью функциональные клетки печени (гепатоциты). Эти клетки способны размножаться в пробирке и приживаются после пересадки подопытным животным.

До сих пор не удавалось перепрограммирование клеток, пригодных впоследствии для пересадки, но ученые придумали, как решить эту проблему. Для этого использовался новый метод перепрограммирования клеток, который преобразует человеческие клетки кожи в клетки печени, практически полностью идентичные обычным клеткам печени. Это дает надежду миллионам людей, с отказом или риском отказа печени. В настоящее время единственным вариантом лечения отказа печени является дорогостоящая и опасная операция по пересадке печени, которая, к тому же, не возвращает полное здоровье и требует приема препаратов, снижающих вероятность отторжения донорского органа. Перепрограммирование клеток кожи, взятых у пациента, в клетки печени с последующей пересадкой, могло бы избавить от сложной операции.

«Ранее ученые пытались перепрограммировать клетки кожи обратно в плюрипотентные стволовые клетки, чтобы затем вырастить из них печеночную ткань, - объясняет один из ведущих авторов исследования доктор Шэн Дин (Sheng Ding). – К сожалению, такой подход не приводит к полной трансформации стволовых клеток в печеночные. Мы решили пойти другим путем и «поймали» клетки кожи, трансформирующиеся в стволовые, на «полпути». Полученные энтодермальные клетки являются отличным «сырьем» для трансформации в печеночные. Мы обнаружили набор генов и соединений, которые могут превратить эти клетки в функционирующие клетки печени».

Иммуноокрашивание человеческого альбумина (красный) и маркера клеточной пролиферации Ki-67 (зеленый) показывает, что фибробласты гепатоцитов человека копируют функцию и пролиферацию первичных гепатоцитов после трансплантации в печень мышей

Спустя несколько недель после начала работы по трансформации клеток кожи в клетки печени, ученые заметили, что полученные клетки приняли форму гепатоцитов и даже начали выполнять их функции. Полученные клетки были имплантированы мышам с нарушениями функций печени.

Через 2 месяца после имплантации, ученые обнаружили рост уровня человеческих печеночных белков у мышей, что свидетельствовало об активном росте пересаженных клеток. Более того, 9 месяцев спустя рост клеток продолжался и не было никаких признаков его замедления. Таким образом, ученые уверены, что им удалось обнаружить факторы, позволяющие проводить успешную регенерацию поврежденной или даже недееспособной печени.

Разумеется, лабораторные опыты не являются полностью готовой и испытанной методикой лечения, но создатели новой технологии производства гепатоцитов уверены, что в будущем их методика найдет широкое применение в лечении пациентов с печеночной недостаточностью.

Впервые выращены человеческие легкие

Группа ученых Техасского университета (University of Texas) впервые успешно вырастила в лаборатории человеческие легкие. Проект ведет доктор Хоакин Кортиэлла (Joaquin Cortiella), и на прошлой неделе доктор Джоан Николс (Joan Nichols) сообщила об этом прорыве представителям прессы, описав процедуру и достигнутые результаты.

Выращивание органов в лаборатории стало реальностью. За последние несколько лет ученые очень многое узнали о стволовых клетках и процессе их созревания и трансформации в специализированные клетки, составляющие органы и ткани. Например, были успешно выращены и имплантировали в организм пациентов трахеи, а прошлой весной группа исследователей из Массачусетской общей больницы (Massachusetts General Hospital) в Бостоне успешно имплантировала крысам выращенные в лаборатории почки. На этот раз ученые сосредоточились на выращивании одного из самых сложных органов человеческого организма – легких.

Ученые взяли легкие двух детей, погибших в автомобильной катастрофе. Из первых легких были удалены все клетки – от них остался только каркас из эластина и коллагена. В этот каркас были помещены здоровые клетки, взятые из вторых легких. В течение четырех недель каркас с клетками находился в стеклянном резервуаре с питательным раствором. За это время клетки заполнили весь каркас, образовав в результате новые легкие. Чтобы убедиться, что эта технология действительно работает, ученые повторили всю процедуру с другим набором легких и получили тот же результат.

(Фото: UTMB)

Исследователи не знают, насколько хорошо вновь выращенные легкие могли бы функционировать, если имплантировать их в организм человека, и функционировали ли бы они вообще, но уверены, что выращивание легких в лаборатории – это правильный путь. В конечном итоге этот метод будет использоваться для замены пораженных легких в клинической медицине, спасая жизнь тысячам людей, ежегодно умирающих в ожидании трансплантата.

Доктор Николс смотрит на эту работу с осторожным оптимизмом, считая, что ученые сделали реальностью то, что было известно только из научной фантастики. С другой стороны, отмечает она, впереди огромный объем работы, и трансплантация выращенных в лаборатории легких пациентам вряд ли начнется ранее, чем через десять лет.

Чтобы выяснить, насколько хорошо функционируют выращенные таким способом легкие, ученые планируют повторить свой эксперимент на легких свиней, а затем имплантировать новый орган в организм животного.
http://medicalxpress.com/…ung-lab.html

Как омолодить стволовые клетки мышц

Постаревшие стволовые клетки мышц можно извлечь из организма, омолодить в лабораторных условиях и вернуть обратно — и после этого к старым мышцам вернётся почти юношеская сила.

С возрастом наши мышцы слабеют и становятся менее подвижными, и связано это с тем, что стволовые клетки теряют способность к обновлению как мышечных волокон, так и самих себя. До сих пор, однако, считалось, что сами стволовые клетки с возрастом не меняются, а в том, что они перестают выполнять свои функции, виновато стареющее окружение.

Однако, как показали Хелен Блау (Helen Blau) и её коллеги из Стэнфордского университета (США), стволовые клетки мышц с возрастом тоже портятся: у старых мышей две трети из таких стволовых клеток не могли выполнять свои функции даже тогда, когда их пересадили более молодым животным.

Мышечная стволовая клетка (фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc).

Исследователям удалось не только обнаружить признаки старения в стволовых клетках мышц, но и обратить процесс вспять, то есть, проще говоря, омолодить постаревшие клетки.

В журнале Nature Medicine учёные сообщают, что в стволовых клетках, взятых у двухлетних мышей (что соответствует, с известными оговорками, 80 годам жизни человека), слишком активен сигнальный путь, связанный с одной из MAP-киназ. Когда эта сигнальная цепочка работает, стволовая клетка хуже делится и вступает на путь специализации.

При подавлении этого сигнального пути с помощью специальных препаратов и особого способа культивации старые стволовые клетки в буквальном смысле становились молодыми: к ним возвращалась способность поддерживать собственную линию, то есть при каждом делении образовывать такую же стволовую клетку.

Понятно, что при этом увеличивались возможности для потенциальной регенерации мышц. Обновлённые клетки пересаживали обратно мышам, у которых они занимали свою обычную нишу, и через два месяца после трансплантации к старым животным возвращались молодые силы. То есть клетки не просто обновлялись, они теперь активней обновляли сами мышцы.

Что дальше? Само собой, авторы работы намерены проверить, можно ли таким же образом обновить клетки и мышцы у человека.

Подготовлено по материалам Медицинской школы Стэнфордского университета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Для новых стволовых клеток больше не нужны клетки животных или людей

Исследование, опубликованное 6 февраля в журнале Applied Materials & Interfaces, представляет новый метод выращивания эмбриональных стволовых клеток человека, для которых не требуются клетки людей или животных. Обычно стволовые клетки создаются с помощью белков животных, что исключает их использование для лечения людей. Выращивание стволовых клеток с помощью клеток других людей, в свою очередь, создает риск заражения патогенными организмами.

Для новых стволовых клеток больше не нужны клетки животных или людей

Группа ученых из Суррейского университета Великобритания) в сотрудничестве с профессором Питером Донованом (Peter Donovan) из Университета Калифорнии (США) разработали каркас из углеродных нанотрубок, на котором можно выращивать стволовые клетки для создания различных видов тканей. Эти строительные блоки моделируют поверхность опорных клеток человека и действуют как каркас, на котором стволовые клетки могут расти. Стволовые клетки, которые ранее полагались на живые клетки других организмов, теперь могут свободно выращиваться в лабораториях, что может означать революцию в способах замены тканей после травм или болезней.

Доктор Алан Дальтон (Alan Dalton), ведущий лектор физического факультета Суррейского университета, заявил: «Несмотря на то, что углеродные нанотрубки использовались в области биомедицины на протяжении определенного времени, их использование в исследованиях стволовых клеток ранее известно не было. Синтетический каркас стволовых клеток потенциально может изменить жизни тысяч людей, страдающих такими заболеваниями, как болезнь Паркинсона, диабет, сердечные заболевания, расстройства зрения и слуха. Он поможет снизить стоимость трансплантации, и возможно, когда-нибудь с помощью углеродного каркаса мы сможем выращивать человеческие органы, не прибегая к донорству».

По материалам Phys. Org.

Двумерная печать сохраняет клетки живыми

Альтернативой клеточному 3D-принтеру может стать силиконовая печать, оставляющая после себя клеточные следы. В таких оттисках выживают почти все клетки, но никакой трёхмерной структуры так не получишь.

С изобретением 3D-принтера биологи не прекращают попыток что-нибудь напечатать с его помощью — если не целый орган, то хотя бы фрагмент ткани.

И успехи, надо сказать, впечатляют: с помощью трёхмерной печати удалось создать модель почки, ухо, и совсем недавно в 3D-принтере получилось смешать два вида клеток сетчатки так, что они остались в живых.

Отпечаток, оставленный плоской клеточной печатью (фото Lidong Qin / Houston Methodist Research Institute).

Но везёт не всегда: большинство вариантов трёхмерной печати основано на той или иной модификации струйного принтера, а его устройство таково, что далеко не всякая клетка способна выдержать путешествие через печатающую головку и остаться неповреждённой.

Альтернативу принтеру предложили исследователи из Методистской больницы Хьюстона (США). Правда, речь тут идёт не о трёхмерной, а об обычной двумерной печати. Лидун Цинь (Lidong Qin) и его коллеги сделали силиконовую форму, которую можно наполнять клетками. Клетки в специальных канальцах спускаются сверху вниз и вытесняют те, что были в самом низу, на плоскость. В результате получается отпечаток, рисунок которого повторяет расположение микроканалов.

В общем, это напоминает обычный печатный оттиск, оставляющий на бумаге чернильный след, или оттиск от гравировальной доски.

Напечатать объёмный орган таким образом нельзя, зато, как пишут изобретатели в журнале PNAS, почти все клетки в этом случае остаются целыми и живыми, а саму процедуру может перенести большее число видов клеток.

С помощью клеточных отпечатков можно исследовать формирование и функционирование клеточных сетей, и касается это не только нервных, но и, к примеру, иммунных или раковых клеток. Можно изучать, как меняется форма клеток при контакте с соседями, как они начинают двигаться и т. д. Однако нельзя не признать, что по технологической эффектности эта плоская печать заметно уступает трёхмерной, да и орган, как было сказано, оттисками не сделаешь...

Подготовлено по материалам LiveScience.

Кирилл Стасевич

Биологи научились незаметно редактировать геном стволовых клеток

Биологи из Калифорнийского университета разработали метод детекции мутаций, который позволяет «побуквенно» редактировать геном стволовых клеток и не оставлять при этом следов в их ДНК. Описание новой технологии опубликовано в журнале Nature Methods.

Редактирование генома стало возможным благодаря использованию так называемых TALEN-эндонуклеаз, ферментов, которые вносят разрыв только в строго определенном месте на ДНК. Пытаясь залечить разрыв от действия такой нуклеазы, клетка может использовать в качестве «мастер-копии» гомологичный участок ДНК. Искусственно введя в клетку такой участок с небольшими исправлениями, нуклеотиды генома можно заменить на любые другие.

Сложность этого и подобных (на основе других ферментов) методов редактирования генома заключается в том, что в 99 процентах случаев вместо «исправления» нуклеотидов клетка просто соединяет между собой разорванные участки ДНК, что приводит к поломке гена.

Поэтому ученым приходится вместе с точечными изменениями вносить в ДНК большие участки устойчивости к антибиотикам, предназначенные для отбора именно тех клеток, где геном успешно прошел редактуру.

Новый метод позволяет избежать внесения лишних фрагментов в ДНК за счет использования специальных флюоресцирующих зондов. Зонды позволяют отобрать только те стволовые клетки, в ДНК которых внесены нужные изменения. Ученые показали работоспособность новой технологии на человеческих индуцированных стволовых клетках (iPS).

Потенциально, с помощью уже известной технологии получения iPS и нового метода их редактуры можно научиться исправлять генетические заболевания, например серповидно-клеточную анемию и наследственную гемофилию — оба заболевания связаны с точечными мутациями в генах, активных в клетках крови.

Учёные перепрограммировали клетки кожи в клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин

Ке Ли — PhD Глэдстоунского института.

Ведущие специалисты до сих пор не могут создать эффективное лечение сахарного диабета 1-го типа. Не потому, что они не знают, что нужно делать. Просто, инструменты, с помощью которых можно сделать то, что нужно, пока не созданы. Учёные из Глэдстоунского института решают проблему сахарного диабета, используя потенциал регенеративной медицины. Они разработали методику, которая позволяет восстановить функции, повреждённые болезнью.

Сахарный диабет 1-го типа — заболевание, которое проявляется в детстве, возникает в результате деструкции бета-клеток — клеток поджелудочной железы, в норме продуцирующих гормон под названием инсулин. При отсутствии инсулина органы испытывают трудности при поглощении сахаров, в частности глюкозы, из крови. В настоящее время болезнь контролируют, проводя регулярный мониторинг глюкозы и используя инъекции инсулина. Более оптимальным решением является замена повреждённых бета-клеток. Но где их взять? Авторы проведённого исследования решали данную проблему, используя технологии перепрограммирования клеток.

«Сила регенеративной медицины заключается в том, что она может предоставить неограниченный источник функционально активных бета-клеток, продуцирующих инсулин, которые могут быть внедрены в организм пациента. Однако предыдущие попытки получить бета-клетки в большом количестве, а так же разработать приемлемую систему доставки оказались неуспешными» — говорит доктор Шень Динь (Sheng Ding, сотрудник Калифорнийского университета).

Одной из основных трудностей, которая мешает получению большого количества бета-клеток, является ограниченная регенеративная способность самих бета-клеток. Как только они становятся зрелыми, возможность получения новых клеток существенно падает. Поэтому учёные решили вернуться на один шаг назад в жизненном цикле бета-клеток.

Для начала они получили из организма мыши клетки кожи — фибробласты. Затем специалисты обрабатывали их специальным раствором, содержащим специфические молекулы, получая таким образом энтодермоподобные клетки. Клетки энтодермы — это клетки, которые обнаруживаются у эмбриона на ранних стадиях его развития. Они, развиваясь, дают основные органы организма, включая поджелудочную железу.

«Используя другой специальный раствор, мы преобразовывали энтодермоподобные клетки в клетки, имитирующие незрелые клетки поджелудочной железы, которые мы назвали PPLC’s. Нашей первоначальной целью было выяснить, сможем ли мы превратить PPLC’s в зрелые клетки, которые, как бета-клетки, отвечают на корректные химические сигналы и, что более важно, вырабатывают инсулин. Наши начальные эксперименты, проведённые в чашках Петри, показали, что мы можем получить искомое» — утоняет Ке Ли (Ke Li, PhD из Глэдстоунского института).

После авторы исследования решили проверить, можно ли добиться эффекта, увиденного в чашке Петри, в организме животных. Они вживили PPLC’s в организм мыши, у которой выявлялась гипергликемия — ключевой индикатор сахарного диабета.

По словам доктора Ли, всего через одну неделю после трансплантации клеток уровень содержания глюкозы в организме животного стал постепенно снижаться, придя к нормальному значению. Когда учёные удалили пересаженные клетки из организма подопытного животного, произошло резкое увеличение содержания глюкозы.

Когда учёные проверили состояние здоровья мыши, которой за 8 недель до проверки пересадили PPLC’s, то оказалось, что пересаженные клетки породили полностью функциональные, секретирующие инсулин бета-клетки.

По словам учёных, полученные результаты не только проливают свет на роль ряда веществ в перепрограммировании клеток, но так же могут быть использованы в будущем для борьбы с сахарным диабетом.

Более подробное описание результатов проведённого исследования можно найти на страницах журнала Cell Stem Cell.

Почему умирают бета-клетки и как восполнить их потерю

Два недавно опубликованных исследования, проведенные учеными Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF), проливают новый свет на природу бета-клеток – инсулин-продуцирующих клеток поджелудочной железы, страдающих при диабете.

Авторы первого исследования предполагают, что некоторые случаи диабета могут быть обусловлены тем, что бета-клетки лишаются кислорода, что побуждает их вернуться в менее зрелое состояние с вытекающим отсюда последствием – потерей способности вырабатывать инсулин. Второе исследование показывает, что не вырабатывающие инсулина клетки поджелудочной железы – ациноциты – можно трансформировать в функциональные бета-клетки – потенциально новая стратегия лечения диабета.

(Фото: livescience.com)

В первом исследовании, опубликованном в журнале Genes & Development, директор Центра диабета UCSF Маттиас Хеброк (Matthias Hebrok), PhD, и научный сотрудник его лаборатории Сапна Пури (Sapna Puri), PhD, удалили из бета-клеток мышей ген VHL. Синтез инсулина в этих клеток резко сократился, и со временем у мышей развился физиологический эквивалент сахарного диабета 2 типа. Вместе с Пури и Хеброком в этом исследовании принимал участие Харухико Акияма (Haruhiko Akiyama), MD, PhD, из Университета Киото (Kyoto University), который предоставил для экспериментов мышей с моделью диабета, развивающегося у худощавых людей.

Считается, что сахарный диабет 2 типа, развивающийся, как правило, в зрелом возрасте, (но все чаще встречающийся и у детей), является результатом резистентности тканей к действию инсулина, вследствие чего у больных повышается уровень сахара в крови. В отличие от диабета 2 типа диагностируемый в детстве диабет 1 типа – аутоиммунное заболевание, при котором бета-клетки поджелудочной железы атакуются и повреждаются собственной иммунной системой больного.

Большинство научных работ, посвященных диабету 2 типа, сфокусировано на резистентности к инсулину, но доктор Хеброк и его коллеги считают, что во многих случаях, например, в подгруппе худощавых взрослых пациентов, одним из факторов возникновения заболевания может быть постепенное, развивающееся в течение длительного периода времени ослабление функции бета-клеток.

«У некоторых людей с высоким индексом массы тела бета-клетки хорошо справляются со своей функцией, в то время как у некоторых стройных – бета-клетки неэффективны», – поясняет доктор Хеброк.

В период развития поджелудочной железы изменения в экспрессии генов вызывают дифференциацию некоторых клеток в бета-клетки, но изученные исследователями лишенные гена VHL бета-клетки дедифференцировались. В них не было важнейших белков, всегда присутствующих в зрелых функциональных бета-клетках, и, наоборот, в этих клетках активно экспрессировался белок Sox9, вырабатывающийся в бета-клетках только до их полного созревания.

«Уровни маркеров зрелых клеток в этих клетках были понижены, а уровни маркеров, которых не должно было быть, повышены», – комментирует Хеброк.

Белок VHL – один из важнейших клеточных сенсоров кислорода. В условиях с низким содержанием кислорода VHL активирует внутриклеточные молекулярные пути, вызывающие компенсаторные метаболические изменения, направленные на защиту клетки. Если эти метаболические корректировки не достигают успеха, альтернативные пути подталкивают клетку к самоуничтожению.

Избирательно удалив VHL из бета-клеток, ученые имитировали условия недостатка кислорода только в одном типе клеток.

«Мы заставили бета-клетки «поверить», что они находятся в состоянии гипоксии, фактически не уменьшая количества кислорода», – продолжает Хеброк.

Даже незначительное увеличение массы тела у лиц с некоторым нарушением функции бета-клеток может повысить требования по выработке инсулина до точки, в которой эти требования начинают превышать возможности клеток.

«Бета-клетка – очень сложная клетка, вырабатывающая огромное количество инсулина жестко регулируемым образом. Лишение ее кислорода превращает «Порше» в «Вольксваген Жук» – высокооктановый гоночный автомобиль в автомобиль, который вы теперь должны заправлять бензином с низким октановым числом. Он все еще сможет доехать из пункта А в пункт Б, но не сможет сделать это так, как надо», – проводит аналогию доктор Хеброк.

Он считает, что многие случаи диабета являются результатом неуклонного, развивающегося в течение длительного времени ослабления функции уже поврежденных бета-клеток, вынужденных справляться с повышающейся потребностью в инсулине.

«То, что мы здесь показываем, – другой взгляд на процесс развития диабета», – поясняет ученый.

По его мнению, цепочку событий нельзя представить следующим образом: вы здоровы – затем у вас предиабет – затем у вас диабет – затем ваши бета-клетки погибают. Скорее это плавное снижение, где функция бета-клеток сходит на нет с течением времени.

Между тем, ученым, опубликовавшим свою статью в журнале Nature Biotechnology, удалось восстановить нормальные уровни инсулина и глюкозы у мышей, не имевших функциональных бета-клеток, путем трансформации других клеток поджелудочной железы в клетки, близкие к бета-клеткам.

Сначала исследователи ввели мышам токсин, специфически поражающий бета-клетки, что вызвало у них симптомы диабета. Спустя пять недель этим мышам имплантировали миниатюрные помпы, непрерывно в течение семи дней вводившие животным две сигнальные молекулы, известные как цитокины.

Введение этих двух цитокинов – эпидермального фактора роста и цилиарного нейротрофического фактора – восстановило у мышей нормальные уровни глюкозы и инсулина. Адекватный контроль над сахаром в крови сохранялся у животных в течение восьми месяцев – до момента завершения исследования.

Дальнейшие эксперименты показали, что введение цитокинов оказывало действие за счет «перепрограммирования» ациноцитов – клеток поджелудочной железы, которые в норме секретируют пищеварительные ферменты, а не инсулин, – заставляя их приобретать свойства бета-клеток, включая чувствительность к глюкозе и способность секретировать гормон для ее усвоения.

В предыдущих работах уже было показано, что определенные факторы транскрипции, доставляемые вирусами, могут перепрограммировать ацинарные клетки мышей, но это исследование представляет первое доказательство того, что перепрограммирование ациноцитов в бета-клетки возможно провести в организме живого животного фармакологическим путем. Поскольку вирусная доставка сложна и рискованна, новый подход представляет собой перспективную стратегию терапии диабета 1 типа и диабета 2 типа с дисфункцией бета-клеток.

«Фармакотерапия, создающая новые бета-клетки, очень помогла бы пациентам с диабетом 1 типа при условии, что сегодняшние открытия, сделанные на мышиных моделях, могут быть использованы для выявления поддающихся воздействию лекарственных препаратов мишеней в поджелудочной железе человека, и при условии, что нам удастся остановить постоянно идущее аутоиммунное разрушение бета-клеток», – говорит первый автор статьи Люк Байенс (Luc Baeyens), постдокторант лаборатории Майкла Джёмана (Michael German), MD, заместителя директора Центра диабета UCSF. «В краткосрочной перспективе эта модель может служить платформой для выявления и изучения новых соединений с терапевтическим потенциалом. В долгосрочной перспективе, несмотря на эти обнадеживающие результаты, мы пока еще очень далеки от использования выводов нашей работы в клинической практике».

Оригинальные статьи

VHL-mediated disruption of Sox9 activity compromises β-cell identity and results in diabetes mellitus

Transient cytokine treatment induces acinar cell reprogramming and regenerates functional beta cell mass in diabetic mice

http://www.ucsf.edu/…and-how-they

Кровеносные и лимфатические сосуды удалось вырастить в лабораторных условиях

Учёные из Цюриха впервые сконструировали кожу, несущую кровеносные и лимфатические капилляры. Они успешно изолировали все необходимые типы клеток тканей кожи человека и создали тканеинженерный эквивалент нормальной кожи.

Ежегодно около 11 млн. человек страдают от ожогов. Крупные, глубокие раны, возникающие при ожогах, заживают медленно, возникают шрамы. Чтобы противостоять возникновению шрамов, необходимо делать пересадку кожи, используя трансплантаты на всю толщину кожи. Хирургическим путём можно удалять лишь небольшие участки кожи с тела пациента, что в свою очередь ведёт к образованию новых ран. Помимо обычной пересадки кожи теоретически возможен и другой вариант. Заключается он в создании в лабораторных условиях искусственной пригодной для трансплантации кожи, которая была максимально похожа на настоящую человеческую кожу, используя клетки пациента.

По сей день сложные кожные трансплантаты не несут следующих компонентов: лимфатических и кровеносных сосудов, пигментации, сальных желёз, волосяных фолликулов, нервной ткани. Сотрудники отдела изучения биологии тканей (Tissue Biology Research Unit), отдела научных исследований клиники хирургии, а также научно-исследовательского центра педиатрии при университетском детском госпитале Цюриха (Research Centre for Children at the University Children's Hospital Zurich) некоторое время работали над созданием дермо-эпидермальных кожных трансплантатов. Им удалось создать более совершенный тканеинженерный эквивалент.

«Мы смогли выделить все необходимые клетки кожи из образца кожи человека и создать трансплантат, аналогичный коже нормальной толщины, который впервые содержит также лимфатические и кровеносные капилляры» — говорит Мартин Меули (Martin Meuli, руководитель клиники хирургии при университетском детском госпитале Цюриха. на фото).

Впервые созданные полнофункциональные лимфатические капилляры

Из раны выделяется тканевая жидкость, накапливающаяся в полости на поверхности кожи. Она может препятствовать заживлению раны. Лимфатические сосуды фильтруют данную жидкость. Авторы проведённого исследования выделили клетки лимфатических капилляров из дермы человека. Вместе с кровеносными капиллярами, которые так же были созданы искусственно, лимфатические сосуды обеспечивают быструю, эффективную поддержку функционирования кожного трансплантата.

Учёные, работавшие под руководством Эрнста Райхманна (Ernst Reichmann, руководитель отдела изучения биологии тканей), удивились трём установленным фактам. Лимфатические клетки спонтанно группировались в лимфатические капилляры, которым были присущи все черты лимфатических сосудов. В рамках проведения доклинических исследований как лимфатические, так и кровеносные капилляры, созданные в лабораторных условиях, соединялись с таковыми лабораторных животных. «Инновация заключается в том, что лимфатические капилляры собирали и транспортировали тканевую жидкость. Следовательно, они были функционально активны. Мы предполагаем, что кожные трансплантаты, содержащие лимфатические и кровеносные капилляры в будущем позволят противостоять накоплению тканевой жидкости, а так же помогут обеспечить быстрое кровоснабжение используемого трансплантата» — уточняет Эрнст Райхманн. Применение данных трансплантатов, теоретически, может повысить эффективность процесса заживления ран.

Начало использования их в клинической практике запланировано на 2014 год. Однако модели, которые планируется использовать, пока не будут содержать лимфатических и кровеносных капилляров, так как специальное разрешение на их использование ещё только предстоит получить.

http://www.mediadesk.uzh.ch/articles/2014/erstmals-im-labor-haut-mit-blut-und-lymphgefaessen-erzeugt_en.html
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140130040729.htm

Получить стволовые клетки из взрослых мышиных клеток удалось с помощью кислой среды

Эмбрион мыши из стволовых клеток, полученных по-новому

Фотография: Haruko Obokata

Очередная сенсация в области клеточных технологий: японские ученые получили клетки со свойствами эмбриональных стволовых, всего лишь поместив клетки крови мышей в кислую среду.

Совершенно новый и невероятно простой способ перепрограммирования клеток изобрели японские ученые. Для того чтобы вернуть взрослым специализированным клеткам способность развиваться по разным клеточным путям, то есть снова наделить их плюрипотентностью , свойством эмбриональных стволовых клеток, им не потребовалось ни пересадки ядер, ни внедрения генов.

Достаточно оказалось на короткое время изменить свойства окружающей среды — снизить рН, то есть повысить кислотность. И клетки стали очень похожими на эмбриональные стволовые.

Сенсационные результаты Харуко Обоката, Терухико Вакаяма (RIKEN центр биологии развития, Кобе и Гарвардская медицинская школа) и их коллеги из Японии и США опубликовали 30 января в двух статьях в журнале Nature.

Возможность перепрограммирования клеток взрослого организма — важнейшее открытие последних десятилетий, за которое получена Нобелевская премия по физиологии и медицине в 2012 году. И если Джон Гёрдон для этого пересаживал ядра в соматических клетках лягушки, то Синья Яманака нашел, какие гены обеспечивают множественные потенции клеток, и открыл способ получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток введением в клетку этих генов. Обаката и его коллеги изучали, как меняется судьба клеток под воздействием факторов внешней среды. В природе это происходит с клетками растений. У некоторых животных это тоже случается — так, под воздействием температуры эмбрионы крокодилов меняют пол. Клетки млекопитающих более консервативны, однако японские ученые нашли способ воздействия и на них.

Исследователи работали с клетками крови новорожденных мышей. После того как их в течение 25 минут держали в закисленной среде (рН 5,7), клетки стали демонстрировать биохимические маркеры эмбриональных стволовых клеток.

Кислая среда стала стрессорным стимулом, который изменил их свойства.

Ученые назвали получившееся явление стимул-вызванным приобретением плюрипотентности, а клетки получили аббревиатуру STAP (stimulus-triggered acquisition of pluripotency). Их получение и свойства они описали в первой статье в Nature.

Дальше надо было изучить свойства этих клеток. Ученые ввели их в мышиную бластоцисту — эмбрион на ранней стадии. Причем введенные клетки были помечены флюоресцентными маркерами, что позволяло проследить их судьбу. Из бластоцисты развился химерный эмбрион мыши, и часть клеток этого эмбриона получилась из клеток STAP. То есть они продемонстрировали способность дифференцироваться в клетки разных мышиных тканей — так же как и эмбриональные стволовые клетки. Это тест на плюрипотентность.

Впрочем, если клетки STAP оставались изолированными, они не начинали делиться и жили всего несколько дней.

Но если их помещали в среду, благоприятную для выращивания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, они делились и приобретали свойства и диагностические маркеры эмбриональных стволовых клеток. При этом, пишут исследователи, у них снижалась степень метилирования ДНК в участках, которые служат генетическими маркерами плюрипотентности. Метилирование (навешивание метильных групп на ДНК в месте азотистого основания цитозина) держит «в узде» те гены, которые не должны работать в данный момент. Снижение метилирования эти гены запускает в работу.

В то же время клетки STAP еще кое в чем отличались от индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), полученных стандартным способом. И об этом ученые пишут во второй статье в Nature . Вводя клетки в бластоцисту для получения химерного эмбриона, они обнаружили, что помеченные красителем STAP входят не только в эмбрион, но и в плаценту. С ИПСК такого никогда не происходит. Во что именно будут развиваться клетки, в эмбрион или плаценту, зависит от клеточного окружения, в котором они окажутся. «В пробирке» это можно повторить, воздействуя на клетки теми или иными белковыми факторами.

В общем, оказалось, что клетки STAP обладают в какой-то мере даже еще более широкими потенциями, чем ИПСК.

Самое же главное открытие, конечно, состоит в том, что перепрограммировать клетки млекопитающего, оказалось, можно всего лишь воздействием физического стимула. Что открывает небывалые возможности для получения стволовых клеток для клеточной терапии из клеток самого пациента.

Если это действительно будет возможно с клетками человека, будет получен невероятно простой и дешевый способ, который радикально снизит стоимость этого высокотехнологичного лечения.

Но сначала надо повторить эксперимент с человеческими клетками, а пока что японские ученые совершили это чудесное превращение только на мышиных.

Надежда Маркина

Материалы по теме -

Ученые вычислили препятствие на пути перепрограммирования клеток и убрали его

Новая эпигенетическая модификация помогает клеткам оставаться стволовыми

Чтобы поддержать стволовые гены в активном состоянии, клетки используют цитруллиновую модификацию гистонов, из-за которой эти белки вынуждены уйти с ДНК и открыть нужные гены для транскрипции.

Стволовые клетки отличаются от обычных набором активных генов. Гены специализации у них молчат, зато активны те, что поддерживают клетки в постоянном делении. И наоборот: у специализированных клеток «стволовые» гены должны помалкивать. Но при этом у стволовых клеток гены дифференцировки обязаны быть всегда под рукой, чтобы по первому же сигналу начать превращать клетку в специализированную.

Как держать одни гены активными, а другие — нет? Надо по-разному упаковывать их с белками гистонами. Известно, что ДНК в ядре находится в комплексе с гистонами, образуя хроматин, и от степени конденсации хроматина зависит доступность генов на том или ином участке ДНК: если хроматин сильно конденсирован и если ДНК плотно упакована, то молекулярные машины для синтеза РНК до неё просто не доберутся.

Человеческие плюрипотентные стволовые клетки (фото Dennis Kunkel Microsopy, Inc.).

Поэтому, возвращаясь к стволовым и специализированным клеткам, можно сказать, что они различаются распределением плотно и неплотно упакованной ДНК. На плотность упаковки влияют модификации гистонов: эти белки подвергаются метилированию, ацетилированию, убиквитинилированию и т. д., после чего иначе ведут себя с ДНК.

Международной команде исследователей из Каролинского института (Швеция), Кембриджа (Великобритания) и других научных центров удалось найти ещё одну модификацию гистонов — с помощью аминокислоты цитруллина. В белках он появляется в результате превращения аминокислоты аргинина, и об этой реакции известно давно; считается, что цитруллинизация белков может вести к разным болезням, от аутоиммунных до нейродегенеративных. Цитруллин находили и в гистонах и даже предполагали, что он как-то связан с регуляцией транскрипции, однако до поры до времени это оставалось гипотезой.

И вот сейчас наконец-то удалось точно установить, зачем нужен цитруллин в гистонах. Оказывается, как пишут исследователи в Nature, цитруллиновая модификация гистонов помогает плюрипотентным стволовым клеткам поддерживать в себе способность делиться и превращаться в разные типы клеток. Цитруллин уменьшает положительный заряд на гистонах, из-за чего им приходится покинуть отрицательно заряженную ДНК. В результате в клетке остаются активными именно те гены, которые удерживают её в стволовом состоянии.

Можно было ожидать, что цитруллин имеет отношение к эпигенетическим модификациям, то есть что он не просто так сидит в гистонах, а влияет на активность генов. Однако особая важность полученных результатов в том, что эта модификация воздействует на функционал не просто каких-нибудь генов, а именно тех, что поддерживают клетку в стволовом виде. В общем, не исключено, что эти данные в скором времени будут использованы в практических целях, для получения и поддержания устойчивых линий «всемогущих» стволовых клеток.

Подготовлено по материалам Каролинского института. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Созданы крошечные биороботы, способные самостоятельно передвигаться в водной среде

Таинственный мир микроорганизмов, живущих в водной среде, недавно пополнился еще одним видом обитателей - синтетическими биороботами, способными к самостоятельному передвижению. Эти биороботы, разработанные группой исследователей из университета Иллинойса, возглавляемой профессором Тахером Сэйфом (Taher Saif), плавают при помощи движений своего длинного хвоста, подобно тому, как передвигаются сперматозоиды, и, благодаря этому, могут перемещаться не только в воде, но и в любой жидкости, имеющей достаточно высокое значение плотности и вязкости.

"В распоряжении микроорганизмов имеется целый свой мир, на который мы можем взглянуть только через микроскоп" - рассказывает профессор Тахер Сэйф, - "Теперь, благодаря нашим биороботам, мы не только можем наблюдать за этим микромиром, но и оказывать влияние на происходящие там события. И это является первым случаем в истории науки, когда специально спроектированная синтетическая система сможет выполнять набор определенных действий в мире микроорганизмов".

Структура биороботов является почти точной копией строения жгутиковых микроорганизмов, микроорганизмов, имеющих длинные "хвосты" за счет которых они передвигаются в жидкой окружающей среде. Создание биоробота начинается с изготовления частей его тела из гибкого полимерного материала. Тело и жгутик биоробота создаются по отдельности и затем скрепляются при помощи определенного не очень сложного метода.

Но самый главный фокус заключается в том, что затем в точке сочленения тела биоробота и его жгутика выращивается колония клеток ткани сердечной мышцы. По мере роста эти клетки самовыравниваются, синхронизируются и при достижении этой "колонией" определенной величины они начинают самопроизвольно сокращаться. Сокращение этих клеток приводит к изгибанию тонкого жгутика, который начинает совершать поступательные движения, которые толкают вперед всего биоробота. Максимальная скорость, которую может развить такой биоробот в воде, составляет 81 микрон в секунду.

Исследовательская группа также создала "двухсторонних" биороботов, на жгутиках которых выращены две колонии клеток сердечной мышцы с разных сторон и на определенном расстоянии друг от друга. Мощность такого "биодвигателя" существенно больше мощности одной колонии клеток, что позволяет биороботу передвигаться с более высокой скоростью. Также исследователи работают в направлении создания биороботов, имеющих несколько жгутиков, и если будут найдены способы управления движениями отдельно взятых жгутиков, то такие биороботы смогут не только двигаться в одном направлении, но и совершать сложные маневры, что обеспечит им широкую область применения в медицине, биомедицине и в экологическом контроле.

http://www.tgdaily.com/general-sciences-features/85991-tiny-swimming-bio-bots-boldly-go-where-no-bot-has-swum-before

Nanobotmodels запустила образовательный проект по созданию анимации о возникновении и развитии раковых опухолей

Только что сформировавшаяся небольшая раковая опухоль (раковые клетки обозначены фиолетовым цветом). Nanobotmodels.com

В последнее время все большие обороты набирают краудфайндинговые платформы для сбора средств на запуск различных высокотехнологичных и инновационных проектов. Так, благодаря всем известному ресурсу KickStarter, уже в этом году могут появиться очки виртуальной реальности Oculus Rift, которым пророчат великое будущее в области видеоигр и просмотра 3D фильмов, инновационный и простой 3D принтер Formlabs, большое количество действительно интересных фильмов и медиа проектов.

Только что сформировавшаяся небольшая
раковая опухоль (раковые клетки обозначены
фиолетовым цветом). Nanobotmodels.com

Уникальность краудфайндинговых платформ заключается в поддержке аудитории – то есть, финансируются и выходят в ТОП только те проекты, которые интересны и востребованы на рынке. Поэтому в недалеком будещем нас, возможно, ждет сфера тесного общения производителя и потребителя в подобной форме «народной поддержки».

Один из подобных проектов недавно запустил один из партнеров Nanonewsnet – анимационная студия Nanobotmodels (http://www.nanobotmodels.com). Эта сравнительно молодая студия поставила амбициозный медиа-проект: создать комплекс обучающих материалов по молекулярной биологии и медицине и выложить их в свободный доступ.

И вот, на краудфайндинговой платформе IndieGoGo появился один из этапов проекта – создание анимации возникновения раковых опухолей и их дальнейшего развития.

Благодаря современному программному обеспечению по молекулярному моделированию анимация будет детально отображать все основные этапы возникновения онкозаболеваний – от появления дефектов в молекулах ДНК до метастазирования и поражения отдельных органов. Это действительно большой проект, который нуждается в публичной поддержке – почти 10 минут высококачественной компьютерной графики, объясняющей с первых шагов то, почему мы болеем раком, что к этому может привести, и как развивается метастазирование этой болезни.

После завершения эта обучающая анимация будет доступна всем желающим абсолютно бесплатно в Full HD качестве. Кроме меня над проектом работают в качестве научных консультантов онкологи из Украины, Австралии и США.

Первый «крипичик» в здание бесплатных обучающих видео по медицине был успешно заложен студией – это анимация возникновения прионных болезней (болезни Якоба-Крейцфельда и коровьего бешенства).

Основатель студии – Юрий Свидиненко, медицинский аниматор и аналитик в области нанотехнологий. На рассвете информационного нанотехнологического «бума» он впервые представил, как могут выглядеть наномеханизмы, работающие внутри человеческого тела, и его иллюстрации нанороботов можно найти практически в любой статье о будущем наномедицины и наноробототехники.

Если вы заинтересованы в создании бесплатных и доступных всем обучающих материалов, хотите поддержать «рублем» это перспективное направление в образовании, то просим посетить страницу проекта на IndieGoGo – http://www.indiegogo.com/…on/x/5869230

Там же можно обсудить проект и принять в нем участие – от пожертвований, до обсуждений и сотрудничества!

Создан искусственный костный мозг для культивирования стволовых клеток

Для выращивания гемопоэтических стволовых клеток можно использовать искусственный костный мозг, и его прототип только что разработан учеными Технологического института Карлсруэ (Karlsruher Institut für Technologie, KIT), Института интеллектуальных систем Макса Планка (Max Planck Institute for Intelligent Systems), Штутгарт, и Тюбингенского университета (Eberhard Karls Universität Tübingen). Созданная ими пористая структура обладает ключевыми свойствами природного костного мозга и может быть использована для размножения стволовых клеток в лабораторных условиях. В перспективе эта разработка поможет спасти жизнь и вернуть здоровье сотням тысяч больных лейкемией.

О результатах своего исследования ученые сообщают в журнале Biomaterials.

Клетки крови, такие как эритроциты или лейкоциты, постоянно заменяются новыми, образуемыми гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК), находящимися в специализированных нишах в костном мозге. Гемопоэтические стволовые клетки используются для лечения заболеваний крови, таких как лейкоз. Этот метод лечения лейкоза состоит в замене пораженных клеток пациента здоровыми кроветворными стволовыми клетками подходящего донора.

Стволовые клетки (желто-зеленые) в структуре подложки (синяя), служащей основой искусственного костного мозга. (СЭМ). (Фото: С. Lee-Thedieck/KIT)

Однако из-за недостатка иммунологически совместимых доноров и, следовательно, трансплантационного материала этот метод не позволяет вылечить всех больных лейкемией. И хотя проблема может быть решена путем репродукции гемопоэтических стволовых клеток, до сих пор это оставалось невозможным, так как клетки этого типа сохраняют стволовые свойства только в естественной среде, то есть в своей родной нише в костном мозге. Вне этой ниши их свойства изменяются. Следовательно, для репродукции стволовых клеток требуется среда, близкая к нише стволовых клеток в костном мозге.

Ниша стволовых клеток – сложная микросреда со специфическими свойствами. Области кости, в которых находятся такие ниши, очень пористы и напоминают губку. В этой трехмерной среде находятся не только костные и гемопоэтические стволовые клетки, но и клетки других типов, обменивающиеся с ГСК сигнальными веществами. Кроме того, пространство между клетками заполнено матриксом, гарантирующим определенную стабильность и обеспечивающим клетки якорными точками. Находясь в нише стволовых клеток, эти клетки также снабжаются питательными веществами и кислородом.

Доктор Корнелия Ли-Тедик (Cornelia Lee-Thedieck) и ее коллеги из нескольких ведущих научных центров Германии искусственно воспроизвели основные свойства природного костного мозга в лаборатории. С помощью синтетических полимеров ученые создали пористую структуру, имитирующую губчатое вещество кости в области кроветворного костного мозга. Кроме того, они добавили белковые строительные блоки, подобные существующим в матриксе костного мозга, чтобы у клеток были якорные точки, а для обеспечения обмена веществ внедрили в структуру клетки других типов из ниши стволовых клеток.

Имитирующая костный мозг синтетическая структура помещается пинцетом в сосуд для выращивания стволовых клеток. (Фото: С. Lee-Thedieck/KIT)

Затем в этот искусственный костный мозг исследователи ввели гемопоэтические стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови. На последующее размножение этих клеток потребовалось несколько дней. Анализы, проведенные различными методами, показали, что ГСК действительно воспроизводятся в искусственно созданной среде. По сравнению со стандартными методами культивирования в искусственном костном мозге свои специфические свойства сохраняет большее количество стволовых клеток.

Пока искусственный костный мозг, обладающий основными свойствами природного, будет использоваться для детального изучения взаимодействия материалов и стволовых клеток. Эта информация поможет выяснить, как можно влиять на поведение стволовых клеток с помощью синтетических полимеров. Что касается создания искусственной ниши стволовых клеток для культивирования гемопоэтических стволовых клеток для лечения лейкемии, то, по мнению немецких ученых, на это потребуется десять-пятнадцать лет.

Оригинальная статья: Biomimetic macroporous PEG hydrogels as 3D scaffolds for the multiplication of human hematopoietic stem and progenitor cells

Японские ученые разработали новый метод выращивания стволовых клеток

Группа японских ученых под руководством профессора Киотского университета, обладателя нобелевской премии по медицине и физиологии Синъи Яманаки открыла новый способ эффективного выращивания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS).

Согласно документу, японским ученым удалось разработать метод выращивания множества многофункциональных стволовых клеток без использования питающих клеток животного происхождения. Основными трудностями прежнего подхода к культивированию iPS-клеток считались трудоемкий и долгий процесс подготовки питающих клеток, а также риск развития инфекций при последующей трансплантации.

Однако при новом методе выращивания, который также назвали «свободным от питающих клеток» (feeder-free method), применяются фрагменты рекомбинантного ламинина и искусственная питательная среда, включающая в себя различные виды аминокислот и витаминов.

По мнению ученых, данный метод позволит не только ускорить процесс выращивания многофункциональных стволовых клеток в десятки раз, но и значительно снизить риски, связанные с возможными различными инфекциями.

В 2006 году профессор университета Киото Синъя Яманака впервые в мире получил стволовую клетку из обычной клетки кожи человека. Клетки получили название индуцированных плюрипотентных (многофункциональных) стволовых клеток (induced pluripotent stem cells — iPS).

Они способны формировать клетки различных органов. Таким образом,

стало возможным создавать ткани и органы из клеток самого пациента взамен поврежденных или утерянных из-за болезни или травмы. За это открытие в 2012 году Яманака был удостоен Нобелевской премии.

Биокомпьютер решает, когда вводить лекарства

Система отвечает только на определенные комбинации биомолекулярных сигналов.

Американские исследователи разработали ферментативную логическую систему, которая в перспективе может найти применение для высвобождения лекарств. Представленная работа является первой искусственной биомолекулярной системой, которая может обрабатывать серии физиологических сигналов без применения электроники [1].

Логическая система, основанная на биокомпьютере и обрабатывающая биомолекулярные сигналы, могла бы кардинально изменить доставку лекарственного препарата в организм. С использованием поверхности чувствительных электродов, реагирующих на определенные биохимические импульсы, персонификация терапевтического подхода «под конкретного пациента» становится все ближе к реальной действительности.

Недостатком систем, высвобождающих лекарства, являлось медленное и бесконтрольное высвобождение фармацевтически активного компонента. Для того, чтобы простимулировать высвобождение лекарственного препарата использовались различные внешние факторы воздействия, включая температуру, pH и биологически активные вещества.

Системы, активирующиеся биохимическими сигналами, часто являются сложными и ограниченными в применении из-за того, что для их работы необходимо сочетание как рецептора, так и системы высвобождения лекарства. Физическое разделение этих двух компонентов на отдельных электродах смогло бы упростить процесс.

Дополнив свою последнюю работу [2] электродами, чувствительными к глюкозе, Евгений Кац (Evgeny Katz) и Шей Мэйлокс (Shay Mailloux) из Университета Кларксон при сотрудничестве с Жаном Халамек (Jan Halámek) из Университета Нью-Йорка в Олбани разработали логическую биомолекулярную систему высвобождения фармацевтически активного компонента. Электрод, покрытый редокс-активной полимерной пленкой альгината, поперечно сшитой ионами железа(III) и содержащей механически связанные биомолекулы, выполняет функцию элемента, высвобождающего лекарственное вещество, а электрод, модифицированный пирролохинолинхиноном [pyrroloquinoline quinone (PQQ)], выступает в качестве биокаталитического электрода.

Система отличается высокой селективностью, поскольку она реагирует только на специфические комбинации биомолекулярных возбуждающих сигналов, которые обрабатываются тщательно разработанной системой последовательно расположенных логических элементов – затворов. В результате окисления NADH биокаталитический электрод генерирует отрицательный потенциал и ток восстановления. В свою очередь, ионы железа (III) восстанавливаются до железа(II), пленка становится растворимой и инкапсулированные в ней биомолекулы высвобождаются. Использование NADH для инициирования высвобождения является важным достижением, поскольку NADH может быть сгенерирован многочисленными биокаталитическими системами организма, а это позволяет расширить применение разработанной модельной системы.

Евгений Кац говорит, что новизна представленного подхода заключается в высвобождении целевой молекулы при получении определенных сигналов, которые в итоге могли бы быть сигналами, получаемыми от тела пациента.

Он подчеркивает, что эта работа впервые представляет систему объединяющую биологические вычисления с высвобождением биомолекулы.

Кац поясняет, что исследование демонстрирует применение биологических вычислений, иными словами обработки данных с помощью биохимических способов, для инициирования последующего процесса. Такой процесс мог бы сравниться с соединением компьютера с принтером. В таком сочетании компьютер обрабатывает информацию, а принтер печатает данные. По существу, разработанная исследователями биохимическая система работает именно таким образом.

Э Празанна де Силва (A Prasanna de Silva), эксперт по квантовой химии из Королевского университета Белфаста в Великобритании, описывает систему как редкий образец логического высвобождения лекарства. Ему вторит Энди Адамацки (Andy Adamatzky) из Университета Западной Англии в Великобритании, говоря, что

проведенное учеными исследование открыло новые области применения для вновь появляющихся моделей расчетов. Исследователи смогли перенести необычные способы вычислений из исключительно теоретической области в живую прикладную сферу, где представления о необычной обработке данных и принятие решения могут осуществляться с участием биомолекул и, в перспективе, применяться для лечения заболеваний.

Хотя представленная исследователями концепция еще не готова для полноценного медицинского применения, работа над повышением ее практичности уже находится на пути реализации, Исследователи для осуществления поставленной задачи пытаются использовать настоящие биологические жидкости.

Источники:

[1] Analyst, 2014, DOI: 101.1039/c3an02162a;

[2] Chem. Commun., 2013, 49, 4755 (DOI: 10.1039/c3cc42027b).

chemport.ru

Выращены "цветы" из жидких кристаллов, которые можно использовать в качестве микроскопических линз

Ученые из университета Пенсильвании вырастили структуры их жидких кристаллов, напоминающие цветы с множеством маленьких лепестков. И сделали это они не ради эстетического наслаждения, такие структуры могут работать в качестве оптических линз, имеющих сложное строение, напоминающее строение фасетчатого многосегментного глаза стрекозы и других насекомых. Дальнейшие усовершенствования разработанной учеными технологии позволят выращивать линзы на поверхностях любой сложной формы, создавать новые "умные" материалы, поверхности и всевозможные датчики нового поколения.

Для выращивания структур из жидких кристаллов ученые поместили крошечные шарики из кварцевого стекла в емкость со специальным раствором. Эти шарики стали ядром, вокруг которого начался процесс кристаллизации жидких кристаллов, которые начали формировать многоуровневую сегментированную структуру, напоминающую цветок или глаз насекомого.

Данные исследования являются большим шагом вперед развития направления создания самособирающихся упорядоченных нанострктур, в котором ученые пытаются получить набор различных физических и химических условий, при которых происходит процесс самосборки различных структур, обладающих заданными свойствами. Такой подход позволяет избавиться от более дорогостоящих способов изготовления подобных структур прямыми методами.

Каждый "лепесток" жидкокристаллического цветка, сформированный из прозрачного кристалла, может действовать в качестве отдельной линзы, преломляющей и фокусирующей падающий свет. Так как размерами, расположением и формой этих микролинз можно управлять еще на стадии их изготовления, то можно в результате получить одну сложную линзу, размером от нескольких микрон до нескольких миллиметров, состоящую из миллионов крошечных почти сферических линз, с помощью которых можно получить из множества мелких изображений одно качественное трехмерное изображение.

Возможность выращивания линз подобным способом открывает массу возможностей для использования таких линз. "Вскоре мы сможем делать недорогие линзы, которым можно будет покрыть всю поверхность какого-либо объекта" - рассказывает Кэтлин Стеб (Kathleen Stebe), профессор химии и биомолекулярных технологий, - "С помощью этих линз мы сможем получить множество изображений одного и того же объекта с различных точек зрения. А специальные алгоритмы, объединяющие все эти изображения, позволят получить одно высококачественное трехмерное изображение с необычайно высоким разрешением".

Ученые предполагают, что в первую очередь, технология выращивания жидкокристаллических микролинз в первую очередь может быть использована для создания жидкокристаллических трехмерных дисплеев, способных создать объемные изображения высокого качества, видимые с любого угла зрения. И при условии продолжения работ в этом направлении такие дисплеи смогут появиться уже через несколько лет.
http://www.gizmag.com/liquid-crystal-flowers-to-use-as-lenses/30234/

Итоги 2013:
Стволовые клетки, ВИЧ, рак и старение как главные биомедицинские темы

Искусственные органы становятся всё ближе, СПИД и рак по-прежнему непобедимы и очень опасны, а красное вино, кажется, действительно замедляет старение.

Читать полностью - http://compulenta.computerra.ru/chelovek/meditsina/10010707/

Разработан новый метод печати живых клеток

Ученые готовятся к созданию бионического мозга

Найден метод регенерации печени

Впервые выращены человеческие легкие

Как омолодить стволовые клетки мышц

Для новых стволовых клеток больше не нужны клетки животных или людей

Двумерная печать сохраняет клетки живыми

Биологи научились незаметно редактировать геном стволовых клеток

Учёные перепрограммировали клетки кожи в клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин

Почему умирают бета-клетки и как восполнить их потерю

Кровеносные и лимфатические сосуды удалось вырастить в лабораторных условиях

Получить стволовые клетки из взрослых мышиных клеток удалось с помощью кислой среды

Новая эпигенетическая модификация помогает клеткам оставаться стволовыми

Созданы крошечные биороботы, способные самостоятельно передвигаться в водной среде

Nanobotmodels запустила образовательный проект по созданию анимации о возникновении и развитии раковых опухолей

Создан искусственный костный мозг для культивирования стволовых клеток

Японские ученые разработали новый метод выращивания стволовых клеток

Биокомпьютер решает, когда вводить лекарства

Выращены "цветы" из жидких кристаллов, которые можно использовать в качестве микроскопических линз

Итоги 2013:Стволовые клетки, ВИЧ, рак и старение как главные биомедицинские темы

Syndicate

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

Итоги 2013:
Стволовые клетки, ВИЧ, рак и старение как главные биомедицинские темы