ВЫПУСК 84

Ученые продлили жизнь протезов до 150 лет

В настоящее время срок использования протезов не превышает 10-15 лет. После этого пациенту необходима повторная операция для его замены. Это всегда сопряжено с определенными сложностями, так как чаще всего протезами вынуждены пользоваться люди пожилого возраста.

Нере Гармендия (Nere Garmendia) из Доностиа-Сан-Себастьян (Donostia-San Sebastián, Испания), возможно, сделала первый шаг на пути к решению этой проблемы: использование керамического материала двуокиси циркония (ZrO₂), углеродных нанотрубок и наночастиц того же диоксида циркония позволит продлить время использования протеза до 150 лет.

Гармендия решила доказать, что старения и растрескивания протезов можно избежать. Для начала к диоксиду циркония она добавила углеродные нанотрубки, что значительно усилило сопротивление материала. Используя такой композитный материал как базу, она продолжила свое исследование.

С целью улучшения передачи/распределения нагрузки Гармендия усилила связи между матриксом из диоксида циркония и нанотрубками. Нанотрубки были покрыты наночастицами диоксида циркония и, для увеличения эффективности, наночастицы были нагреты выше их точки кипения (гидротермальный синтез). Такое нанопокрытие функционирует как мост между матриксом из диоксида циркония и нанотрубками.

В тезисах своей диссертации Гармендия подчеркивает, что ключом к решению проблемы увеличения срока использования протезов являются наноматериалы. В ходе более ранних экспериментов с микрочастицами диоксида циркония она сделала вывод, что запас прочности такого материала не превысит 12 лет. В то же время добавление покрытых наночастицами этого вещества углеродных нанотрубок к тому же матриксу делает материал практически нестареющим – в течение 150 лет.

После нанесения на нанотрубки покрытия из наночастиц Гармендия начала искать подходящую точку плотности. Первые образцы готового материала она получила, добавив к нему некоторое количество гипса.

Впоследствии Гармендия определила количество покрытых наночастицами нанотрубок в единице объема, необходимое для того, чтобы к концу процесса материал достиг необходимой плотности. Как считает исследователь, добавление наночастиц диоксида циркония к нанотрубкам облегчает дисперсию материала и снижает его вязкость. И это помимо того, что увеличивается его плотность перед следующим и последним этапом – синтеризацией. Синтеризация - процесс, используемый в производстве керамики для превращения порошка в компактный твердый материал. Далеко не любое количество нанотрубок полезно для достижения максимально возможной плотности и поэтому перед синтеризацией нужно определить, сколько их нужно ввести в порошок. И, конечно, синтеризация должна быть проведена правильно.

Как подсчитала Гармендия, чтобы достичь максимума плотности (около 98%), к материалу нужно добавить 1% покрытых наночастицами нанотрубок в расчете на единицу объема. И, наконец, процесс синтеризации материала должен проводиться в атмосфере аргона в течение часа при температуре 1300 градусов, не больше и не меньше.

По материалам Elhuyar Fundazioa.

Источник:

Material Tested Could Guarantee Body Protheses for More Than 150 Years

Разработана полимерная наночастица для стимуляции иммунитета

Одним из отличительных признаков рака является то, что опухоли способны подавлять иммунитет, не давая собственной защитной системе организма побороть болезнь, особенно если уже начался процесс метастазирования. Ученые идентифицировали молекулу, ответственную за такую нежелательную супрессию иммунной системы, и даже разработали ингибитор этой молекулы. Теперь же у них есть средство доставки их ингибитора в опухоль – биосовместимая полимерная наночастица, способная выделять терапевтические уровни ингибитора в течение месяца.

О создании наночастицы из сополимера DL - молочной и гликолевой кислот, или PLGA, и ингибитора, известного как JSI-124, Афзанех Лавасанифар (Afsaneh Lavasanifar) и ее коллеги из Университета Альберты (University of Alberta) сообщают в статье, опубликованной в журнале Molecular Pharmaceutics.

Ингибитор JSI связан с белком, известным как преобразователь сигнала и активатор транскрипции-3, или STAT3, играющим важную роль в индуцировании опухолью иммунной супрессии. При введении в культуру растущих клеток меланомы наночастица вызывает выраженное подавление роста опухолевых клеток. Последующие эксперименты показали, что она подавляет продукцию STAT3 опухолевыми клетками в течение месяца.

Дальнейшие исследования продемонстрировали, что доставка наночастицей JSI-124 в дендритные клетки – основные игроки в выработке иммунного ответа на чужеродные и поврежденные клетки – подавляет выработку STAT3 в клетках, продуцирующих белок, супрессирующий иммунный ответ. Способность наночастиц оказывать воздействие, как на опухолевые, так и на дендритные клетки служит хорошим стимулом для дальнейшего развития иммунотерапевтического подхода в лечении рака.

Работа подробно изложена в статье "Development of a Poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) Nanoparticle Formulation of STAT3 Inhibitor JSI-124: Implication for Cancer Immunotherapy". Резюме можно прочитать на journal's Web site.

По материалам Национального института рака (National Cancer Institute).

Источник:

Nanoparticle Developed To Boost Anti-Cancer Immunotherapy

В лабораториях ученых

Ученые выявили закономерности процесса апоптоза

Каждый день около 10 миллиардов клеток нашего организма «совершают самоубийство». Клетки, инфицированные вирусом, подвергшиеся трансформации или не способные выполнять свои функции по какой-либо другой причине, альтруистически жертвуют собой для общего блага. Новые эксперименты по визуализации открыли ранее неизвестный порядок в этом процессе, показав, что умирание тесно связанных между собой клеток происходит синхронно с распространяющейся на все митохондрии волной разрушения, уничтожая этот главный источник энергии, поддерживающий жизнь клетки.

В экспериментах, результаты которых недавно опубликованы в Journal of Cell Science и Biophysical Journal, ученые из лаборатории Сэнфорда М. Саймона (Sanford M. Simon) из Университета Рокфеллера (Rockefelle University) сфотографировали смерть отдельной клетки, выделив упорядоченный ряд событий в этом процессе. Эксперименты показали, что вероятность смерти, так же как и сроки, зависит от того, насколько тесно взаимосвязаны клетки, а не от их близости друг к другу или нахождения в определенной фазе клеточного цикла. Это открытие исключает гипотезу о том, что находящиеся рядом клетки умирают друг за другом в результате усиления выработки токсичных молекул их погибающими соседями.

«Мы увидели, что, независимо от местонахождения, только клетки-«сестры» остаются связанными друг с другом и оказывают влияние на процесс умирания», - говорит Саймон. «Мы вполне можем предположить, что здесь играет роль не какой-либо неспецифический токсический эффект, а вариабельность молекулярного состава клеток – вариабельность их популяции».

Апоптоз важен не только для сохранения жизни как таковой, но и для процесса раннего развития – когда некоторые клетки, например, такие, которые в противном случае образовали бы перепонки между пальцами человека, запрограммированы на умирание – и формирования и «тонкой настройки» нервной системы. «Это процесс напоминает мне создание скульптуры, когда для достижения совершенной формы постепенно убирается все лишнее», - говорит Саймон. Лучшее понимание процесса апоптоза сможет объяснить определенные отклонения в развитии. Более того, гибель клеток или, наоборот, отсутствие таковой, имеет большое значение в патологии некоторых форм рака, при которых мутировавшие клетки не погибают, а продолжают бесконтрольный рост, формируя опухоли и распространяясь по всему организму. Одной из практических целей исследования ученых является понимание того, как «включить» процесс клеточной смерти в той или иной клеточной популяции, например в опухоли.

Исследования популяционной динамики клеточной смерти дали возможность, в гораздо более быстром временном масштабе, увидеть, что происходит в отдельной клетке в процессе апоптоза. Используя флуоресцентные метки для клеточных белков, выходящих из митохондрий во время апоптоза, аспирант Патрик Бхола (Patrick Bhola) и докторант Алекса Маттейзес (Alexa Mattheyses) получили изображения того, как белки проходят через мембрану отдельной митохондрии и как этот процесс волнообразно распространяется на другие митохондрии клетки. Некоторые ученые предполагали, что процесс выхода белков происходит одновременно во всех митохондриях. «Такая пространственная координация означает, что существует первичный сигнал более высокого организационного порядка, пространственно локализованный внутри отдельной клетки», - говорит Маттейзес.

«Наша идея состояла в том, чтобы посмотреть на отдельные события в клетках и понять то, что мы не смогли бы понять при рассмотрении всей популяции в целом», - говорит Саймон.

Примененный Саймоном подход к наблюдениям недавно уже внес вклад в понимание процесса переноса белков через клеточную мембрану. «Теперь микроскопические технологии позволили глубже понять апоптоз. Это один из тех случаев, когда, если мы не можем видеть, что происходит, мы склонны считать это случайным или происходящим стихийно», - говорит Бхола. «Но если посмотреть, как следует, мы обнаружим, что все происходит очень организованно».

Подробная информация:

-- Biophysical Journal 97: 2222-2231 (October 21, 2009) http://www.cell.com/biophysj/abstract/S0006-3495(09)01360-5
-- Journal of Cell Science 122: 4296-4302 (November 3, 2009) http://jcs.biologists.org/cgi/content/abstract/122/23/4296

По материалам Rockefeller University.

Оригинал статьи

Imaging studies reveal order in programmed cell death

Микровезикулы: надежда на регенерацию тканей?

Ученые из Госпиталя Род-Айленда (Rhode Island Hospital) узнали, как клетки общаются друг с другом в случае их повреждения. Открытие проливает свет на то, как организм восстанавливает себя при заболевании органов, используя маленькие частицы, известные как микровезикулы, и дает надежду на разработку методов регенерации тканей. Статья об этом открытии будет опубликована в журнале Experimental Hematology.

Руководитель исследования Джейсон Алиотта (Jason Aliotta) (RIH) и его коллеги сфокусировали свое внимание на микровезикулах. Микровезикулы - частицы в несколько раз меньше, чем обычные нормальные клетки, содержащие генетическую информацию, так же как мРНК (информационная, матричная РНК), другие виды РНК, и белки. В статье описан новый механизм, посредством которого клетки взаимодействуют друг с другом с помощью таких микровезикул. Если клетка повреждена, находится в состоянии стресса или организм болен такими заболеваниями как рак, инфекции или сердечно-сосудистые болезни, микровезикулы распространяются по организму, а затем захватываются другими клетками. Генетическая информация и белки микровезикул помогают перепрограммировать клетки-акцепторы и заставляют их вести себя подобно тем клеткам, из которых были выделены микровезикулы.

«Мы стараемся понять, как клетки костного мозга способны репарировать органы, никак не связанные с ними, например, легкие. Наша работа позволяет предположить, что если легкие повреждены, больны и их клетки находятся в состоянии стресса или умирают, они распространяют микровезикулы. Такие микровезикулы попадают в клетки костного мозга, включая стволовые клетки, в небольших количествах присутствующие в системе кровообращения. В результате клетки костного мозга превращаются в клетки легких», - объясняет Алиотта.

За последние годы несколько ученых уже сообщали об аналогичных открытиях, однако микровезикулы известны уже 40 лет и часто рассматривались как ничего не значащие образования.

«Сейчас мы убедились в значимости микровезикул: они являются важными медиаторами клеточно-клеточных взаимодействий. Микровезикулы обеспечивают стволовые клетки информацией не только в случае повреждения легких - аналогичный процесс протекает и в других органах, таких как сердце, печень и мозг. И это особенно важно», – добавляет Алиотта.

Ученые отмечают, что изменения в стволовых клетках, получивших микровезикулы из поврежденных клеток легких, очень стабильны. Можно сказать, что они постоянны. Перепрограммирование стволовых клеток происходит посредством переноса транскрипционных факторов микровезикулы. Эти факторы являются причиной атипичного поведения клеток. Как говорит Алиотта, «это относится к любому виду заболеваний – если мы хотим регенерировать поврежденную ткань, микровезикулы способны обеспечить длительное восстановление, и мы надеемся, что они могут сохранить его навсегда».

Ученые считают, что это исследование представляет собой новое открытие в области изучения стволовых клеток, и предполагают его практическое применение в медицине. Микровезикулы могут изменить основополагающую природу соседних клеток, а это предоставляет в распоряжение ученых целый мир возможностей в тканевой регенерации.

Среди практических применений этого открытия - понимание механизма восстановления тканей и определение возможности использования микровезикул в терапии. «Если нам удастся доставить к поврежденному органу большое количество микровезикул, мы окажем помощь процессу восстановления», - надеется Алиотта.

Основываясь на своих открытиях, исследователи выдвинули гипотезу о том, что микровезикулы могут быть потенциальными медиаторами ракового метастазирования. Известно, что при раке наблюдаются более высокие уровни циркулирующих в крови микровезикул, и они могут быть ответственны за передачу рака другим органам. «Если мы сможем идентифицировать микровезикулы из раковых клеток и описать их уникальные свойства, мы сможем заблокировать их поступление в нормальные клетки. Это, теоретически, может остановить процесс метастазирования», - замечает Алиотта.

По материалам Lifespan.

Оригинал статьи

Offering Hope for Tissue Regeneration