Группа исследователей из Вустерского политехнического института (WPI) продемонстрировала возможность применения новой технологии, которую хирург мог бы использовать для доставки стволовых клеток в целевые области тела для восстановления больных или поврежденных тканей, включая сердечную мышцу, поврежденную сердечным приступом. Методика включает наложение биополимерных микронитей в биологические швы и засеивание швов стволовыми клетками. Команда показала, что взрослые стволовые клетки, полученные из костного мозга, будут размножаться, будучи прикрепленными к нитям, и сохраняют свою способность дифференцироваться и расти в другие типы клеток.
Результаты представлены в статье "Микронити фибрина поддерживают рост мезенхимальных стволовых клеток, сохраняя при этом потенциал дифференцировки," который был опубликован в Интернете перед печатью в ноябре. 29 января 2010 г., Журнал исследований биомедицинских материалов.
"Мы довольны продвижением этой работы," сказал Гленн Годетт, доцент кафедры биомедицинской инженерии WPI и ведущий автор статьи. "Эта технология превращается в потенциально мощную систему для доставки терапевтических клеток прямо туда, где они необходимы, будь то поврежденное сердце или другие ткани."
Лаборатория Годетт специализируется на сердечной функции, изучении способов исцеления поврежденной сердечной мышцы и разработке клеточных методов лечения сердечной аритмии. Большая часть этой работы использует мезенхимальные стволовые клетки человека (hMSC), которые поступают из костного мозга и могут расти в ряд других тканей тела, включая мышцы, кости и жир. Исследования Годетта и других показали, что когда hMSC доставляются в поврежденное сердце, они умеренно улучшают сердечную функцию. Однако основной проблемой в этих исследованиях является получение достаточного количества hMSC для приживления в поврежденной ткани сердца. Предыдущие методы введения клеток в кровоток или непосредственно в сердечную мышцу дали низкие результаты: 15 или менее процентов введенных клеток фактически выживают и прикрепляются к сердечной мышце. Большинство hMSC, вводимых путем инъекции, вымываются кровотоком.
Для решения проблемы доставки Годетт объединился с коллегой Джорджем Пинсом, доцентом кафедры биомедицинской инженерии в WPI, который разработал технологию биополимерных микронитей в качестве каркаса или временной конструкции для использования в различных областях заживления ран и клеточной терапии. Микронити толщиной с человеческий волос сделаны из фибрина, белка, который помогает свертыванию крови. Нити могут иметь разную прочность на разрыв и растворяться с разной скоростью после имплантации, чтобы их можно было точно настроить для различных применений. Pins изучает возможность использования нитей для замены сухожилий и связок. Рэй Пейдж, доцент кафедры биомедицинской инженерии в WPI, возглавляет команду, использующую микронити в качестве платформы для фибробластов, чтобы вызвать регенерацию скелетных мышц.
В текущем исследовании команда Годетта разработала протоколы для посева hMSC на небольшие пучки фибриновых микронитей. После того, как стволовые клетки прикрепились к нитям, их культивировали в течение пяти дней, и данные показали, что клетки начали размножаться до тех пор, пока нити длиной два сантиметра не были фактически покрыты, с почти 10 000 клеток hMSC на каждой. После процесса посева и выращивания команда Годетта прикрепила микронити к хирургической игле и протянула их через коллагеновый гель, созданный для имитации человеческой ткани. Когда нити были протянуты через гель, подавляющее большинство стволовых клеток остались живыми и прикрепились к нитям, что позволяет предположить, что их можно вшить в ткани человека.
Команда Годетта также исследовала hMSC, которые выросли на нитях, чтобы увидеть, остались ли они мультипотентными, что означает, что они сохраняют способность расти в другие типы клеток. Они удалили hMSC из нитей и культивировали их с помощью установленных протоколов, которые, как известно, побуждают hMSC дифференцироваться в жировые клетки и клетки костей. В обоих случаях клетки, взятые из микронитей, начали дифференцироваться по проводящим путям, ведущим к жировой и костной ткани. "Похоже, что клетки, которые мы выращивали на нитях, ведут себя так же, как мы ожидали бы от мезенхимальных стволовых клеток in vivo," Годетт сказал. "Таким образом, мы считаем, что эти результаты являются доказательством принципа – теперь мы можем доставить эти клетки везде, где хирург может наложить шов. Это интересно."
Команда Годетт уже работает над следующими шагами в этом направлении исследований, тестируя микронити, засеянные стволовыми клетками, на модели крыс, чтобы увидеть, могут ли они прижиться в ткани сердца и улучшить сердечную функцию.