Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Нанотехнологии в медицине и биологии

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 255 RSS
←   Декабрь 2009   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.lifesciencestoday.ru
Открыта: 05-08-2009

Автор
врач-терапевт Л.Вайс

Статистика

255 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

<<Наноощущения>> управляют поведением клеток сердечной мышцы


ВЫПУСК 52

 

 

 

«Наноощущения» управляют поведением клеток сердечной мышцы

 

Специалисты в области биомедицинской инженерии из Университета Джона Хопкинса и их коллеги из Кореи разработали лабораторный чип с наноразмерными бороздками и гребнями для выращивания ткани сердца, которая гораздо больше напоминает естественную сердечную мышцу. Удивительно, но клетки сердца, выращенные таким способом, использовали в качестве инструкций для роста «наноощущения», функционировали только на основе физических паттернов нанотекстурного чипа и не требовали никаких химических сигналов для направления развития по определенному пути.

 

Ученые говорят, что этот инструмент может быть использован для разработки новых способов терапии болезней сердца и диагностических тестов для их выявления.

 

Устройство и эксперименты с его использованием описаны он-лайн издании Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа представляет собой важный шаг вперед для исследователей, занятых выращиванием клеток в лабораторных условиях с целью углубления знаний о кардиологических заболеваний и возможных средствах их лечения.

 

«Клетки сердечной мышцы, выращенные на гладкой поверхности чашки Петри, обладают некоторыми, но не всеми физиологическими характеристиками настоящих сердечных клеток живого организма», - говорит Андрэ Левченко (Andre Levchenko), доцент биомедицинской инженерии в университете Джона Хопкинса. «Это объясняется тем, что клетки сердечной мышцы – кардиомиоциты – получают сигналы от высокоструктурированного экстрацеллюлярного матрикса, или ЭЦМ, состоящего из волокон, поддерживающих рост всех тканей у млекопитающих. Эти сигналы из ЭМЦ оказывают влияние на структуру и функции тканей. Когда в лаборатории мы выращиваем клетки на гладкой поверхности, физические сигналы отсутствуют. Для решения этой проблемы мы разработали чип, свойства поверхности которого имитируют ЭМЦ. Результатом работы явилась выращенная ткань сердца, более соответствующая реальной ткани».

 

Когда Левченко и его коллеги изучали естественную сердечную ткань живого организма, они сразу заметили, что ближайший к экстрацеллюлярному матриксу клеточный слой вырастает сильно вытянутым и имеющим линейную форму. Клетки ориентируются в направлении волокон матрикса, что позволяет предположить, что волокна ЭЦМ дают структурные и функциональные инструкции миокарду (общий термин для сердечной мышцы). Эти инструкции доставляются на наноуровне – на уровне одной миллиардной части метра и одной тысячной диаметра человеческого волоса.

 

Левченко и его корейские коллеги, работающие с докторантом из лаборатории Левченко и автором статьи в PNAS Деок-Хо Кимом (Deok-Ho Kim), разработали двухмерную гидрогелевую поверхность, имитируя жесткость, размеры и форму волокон, найденных в естественных сетях ЭЦМ. Такая близкая к естественной поверхность, сделанная из нетоксичного полиэтиленгликоля, представляет собой массив длинных гребней, напоминающий узор складок гофрированного картона. «Гофрированный» гидрогель наносится на стеклянную пластину размером с американскую долларовую монету. Ученые сделали множество чипов с шириной гребней от 150 до 800 нанометров и шириной бороздок от 50 до 800 нанометров при высоте гребней от 200 до 500 нанометров. Это позволило ученым контролировать текстуру поверхности более чем на пять порядков длины.

 

Уже через два дня клетки стали длиннее и росли вдоль гребней на поверхности пластины. Более того, исследователи обнаружили улучшение связи между соседними клетками – организация, которая больше соответствует архитектуре, наблюдаемой в реальных слоях ткани сердечной мышцы. При этом клетки, растущие на гладких гидрогелях, остаются маленькими и менее организованы из-за слабых клеточных взаимодействий между слоями.

 

«Было очень интересно наблюдать, что биоинженерные сердечные клетки ведут себя на крошечном чипе в двух измерениях так же, как ведут себя клетки в живом сердце в трехмерном пространстве», - говорит Ким.

 

В сотрудничестве с Лесли Тунг (Leslie Tung), профессором биомедицинской инженерии из Медицинского колледжа Университета Джона Хопкинса, ученые обнаружили, что еще через несколько дней роста клетки на пластине с наноразмерной насечкой начали проводить электрические волны и сильнее взаимодействовать в определенном направлении, подобно клеткам естественной сердечной ткани.

 

«Может быть, самое удивительное, что эти ткани функционируют, и структура биоинженерной ткани может контролироваться простым изменением характеристик нанорисунка на пластине. Это доказывает, что сердечные мышцы имеют точные «наноощущения», - говорит Левченко.

 

«Эта чувствительность на наноуровне объясняется способностью клеток к изменению формы при продвижении по бороздкам нанотекстурной поверхности, и вероятно без присутствия каких-либо химических молекул», - объясняет Левченко. «Наши результаты показывают, что ЭЦМ является мощным источником сигналом для роста клеток, одновременно являясь и поддерживающей структурой, и что он может контролировать деятельность клеток сердца на наноуровне по-разному в различных частях этого жизненно важного органа. Имитируя свойства ЭЦМ, мы можем начать разработку более качественных биоинженерных тканей сердца».

 

Заглядывая вперед, Левченко полагает, что созданные биоинженерами поверхности с подобными наноразмерными характеристиками в трех измерениях, вместо двух, могут стать еще более многообещающим методом управления структурой и функцией культивируемой сердечной ткани.

 

 

По материалам Johns Hopkins University.

 

 

 
В избранное