Время

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию «Покадровые кадры показывают, как нервные стволовые клетки растут в 3D-каркасах»

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Исследователи из Университета Дьюка сняли многодневные видеоролики, на которых молодые нервные клетки движутся и растут внутри новой синтетической биосовместимой трехмерной структуры. Буквально наблюдая за тем, как клетки реагируют на естественные биохимические сигналы, встроенные в материал, биомедицинские инженеры надеются разработать биогели, которые смогут восстанавливать и восстанавливать ткани головного мозга после инсульта или другой травмы.

Результаты появятся 22 июня в журнале Advanced Materials.

Ваш браузер не поддерживает HTML-видео.

Наблюдайте, как первичные нервные клетки танцуют, растут и даже перемещают трехмерные каркасы, созданные для лечения повреждений головного мозга в результате инсульта и других травм. Украшение каркаса различными питательными веществами и биохимическими сигналами позволяет исследователям контролировать, какими типами тканей мозга они становятся. Фото: Катрина Уилсон и Кен Кингери, Университет Дьюка.

Восстановление и рост ткани мозга — трудная задача. Предоставленный самому себе, мозг не восстанавливает утраченные синапсы, кровеносные сосуды или другие структуры после травмы, например инсульта. Вместо этого мертвая мозговая ткань поглощается, оставляя после себя полость, лишенную всего, что можно было бы распознать как здоровую мозговую ткань.

Но это в любом случае не помешало исследователям попытаться регенерировать поврежденный мозг. Один из распространенных подходов, используемых биомедицинскими инженерами, заключается в предоставлении новой среды для перемещения различных частей мозговой ткани, наполненной различными питательными веществами и биологическими инструкциями для стимулирования роста.

В то время как ученые в этой области исторически стремились к гомогенному желеобразному биоматериалу для поддержки возобновления роста нейронов, Татьяна Сегура, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка, разработала другой подход. Ее биоматериал, созданный для стимулирования всех видов заживления и роста, состоит из миллионов крошечных студенистых сфер, упакованных вместе, образующих стабильный каркас.

«Большинство других лабораторий используют непористые гидрогели, которые напоминают огромный кусок желе, и клеткам приходится его разъедать, прежде чем они смогут отложить материал для нового роста», — сказал Сегура. «Наш продукт больше похож на мягкие апельсины, упакованные в коробку, в которой есть множество карманов и пустот, через которые клетки могут перемещаться и расти».

Подход «коробка апельсинов», называемый каркасами из микропористых отожженных частиц (MAP), оказался многообещающим для широкого спектра тканей, таких как кожа и кости. А в 2018 году было показано, что он уменьшает воспаление и способствует миграции нервных клеток-предшественников (NPC) в очаг инсульта.

Это наблюдение побудило Катрину Уилсон, кандидата наук в лаборатории Сегуры, спроектировать каркасы MAP, чтобы дополнительно определить, как дифференцируются эти клетки-предшественники. Не такие незрелые и ловкие, как стволовые клетки, нейрональные предшественники все же способны стать большинством, если не всеми, типами клеток, обнаруженных в мозге. Возможность сказать им, куда идти и кем стать, станет благом для разработки методов лечения мозга.

В организме человека стволовые клетки и клетки-предшественники реагируют на биологические сигналы от различных структур и белков, находящихся вокруг них. Одним из источников инструкций являются белки ламинины, составляющие биологический каркас организма, называемый внеклеточным матриксом.

В новой статье Уилсон встроила различные комбинации частей этих белков, называемых пептидами, в свой синтетический каркас MAP, а затем наблюдала, что произошло — в буквальном смысле. В течение нескольких дней она создавала замедленные видеоролики, показывающие, как клетки-предшественники реагируют на окрашенный пептидами каркас MAP.

«Мы видели, как клетки со временем прикреплялись к каркасу и фактически физически перемещали его», — сказал Сегура. «Раньше мы думали об этом как о спортзале в джунглях, где играют дети. Но это не то, что мы видели: клетки оказывают на каркас физические силы, достаточные, чтобы заставить его двигаться».