Это почти как занятия в тренажерном зале: исследователи Мюнхенского технического университета «тренируют» стволовые клетки с помощью нанороботов и преобразуют их в костные клетки. Это может позволить создать новую клеточную терапию в будущем.
Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) разработали метод трансформации стволовых клеток в костные клетки посредством механической стимуляции. «Это почти как в тренажерном зале», — говорит ведущий научный сотрудник Берна Озкале Эдельманн: «Мы тренируем клетки в течение как минимум трех дней, выполняем какие-то силовые тренировки, и через 21 день у нас есть полностью дифференцированные костные клетки».
Со стволовыми клетками ученые обычно запускают генетическую программу биохимического развития определенного типа клеток. С другой стороны, метод Мюнхенского технического университета использует механическое давление.
Нанороботы оказывают это давление. Они «массируют» клетки с крошечной силой в 34 наноньютона. Но этого достаточно, чтобы запустить генетические процессы. Нанороботы состоят из стержня, изготовленного из золота и полимерных нитей, то есть пластика. Они состоят из молекул размером менее одной миллионной метра.
Микрофабрика в гелевой подушечке
Команда ученых упаковала этих нанороботов в гелевые подушки. Каждая подушка имеет диаметр 0,06 миллиметра. Это меньше диаметра человеческого волоса. Также в подушке находятся две стволовые клетки того типа, который может производить клетки костей, сердца и хряща.
Лазерный луч направляется на подушку раз в секунду. Золотые стержни нагреваются и передают тепло полимерам. Это заставляет их сжиматься и давить на мембрану стволовых клеток.
Под микроскопом можно увидеть, как гелевые подушечки сокращаются раз в секунду и «массируют» стволовые клетки. Через три недели «происходит волшебство», говорит инженер-химик Нергишан Ийисан, принимавший участие в разработке: «Создаются костные клетки». Гелевые подушечки, являющиеся мини-клеточными фабриками, по-видимому, предлагают в основном простой в использовании метод преобразования стволовых клеток в нужные тканевые клетки.
Стволовые клетки могут трансформироваться в различные типы клеток организма. Их можно использовать для восстановления разрушенных тканей, когда организм больше не в состоянии это делать. Например, костная ткань, поврежденная раком, или сердечная мышца, погибшая в результате сердечного приступа.
Гелевые подушки также могут служить транспортерами.
В течение многих лет во всем мире проводились исследования по использованию стволовых клеток для регенерации тканей. Индивидуальная клеточная терапия уже используется. В будущем, используя метод Берны Озкале Эдельманн, гелевые подушечки можно будет вводить в пораженные участки, запускать там нанороботов и дифференцировать стволовые клетки в костные или сердечные клетки. Гелевые подушки также служат практичным транспортером.
Однако до сих пор метод работал только в лаборатории и только при производстве костных клеток. В ближайшие пять лет команда также хочет добиться успеха в области клеток сердца. Примерно через двадцать лет этот метод можно будет использовать на людях.
Вылечить диабет 1 типа с помощью стволовых клеток
Исследователь стволовых клеток Матиас Хеброк проводит исследования в Мюнхенском техническом университете и Мюнхенском диабетическом центре имени Гельмгольца, чтобы заменить разрушенные клетки поджелудочной железы трансплантированными стволовыми клетками и таким образом вылечить диабет 1 типа. Добавляя определенные белки, стволовые клетки заставляют запускать генетическую программу, которая приводит к образованию нужных клеток. Здесь мы уже прошли большой путь, говорит Хеброк: «Эти клетки сегодня уже трансплантированы пациентам и уже работают».
Тем не менее он не считает новый метод механической стимуляции стволовых клеток лишним. По его мнению, механическая стимуляция может произойти после биохимической стимуляции и затем привести к дальнейшей дифференцировке стволовых клеток. Это означает, что оба метода дополняют друг друга.
Преобразование стволовых клеток в нужные клетки организма происходит в несколько этапов развития. На каждом из этих этапов что-то может пойти не так, и клетки формируются неправильно. Оба метода в сочетании могут снизить частоту ошибок и привести к тому, что нужные клетки заместят или восстановят поврежденные ткани человека.
