Гранулированные гидрогели улучшат качество биопринтинга

Биопринтинг — перспективный метод получения функциональных тканей из стволовых клеток, однако механическая непрочность клеток сильно ограничивает его применение. Для получения физиологически адекватной модели важно воспроизвести иерархию сложных сигналов, которыми клетки обмениваются между собой в живой ткани.

Для решения этой проблемы ученые совместили два перспективных варианта — экструзионную и объемную 3D-печать. Преимуществом экструзионного метода является возможность направленно разместить большое количество разных клеток в структуре, однако это медленный и не слишком деликатный процесс, поэтому много клеток погибает при такой печати. Объемная биопечать намного быстрее, но при таком подходе клетки распределяются беспорядочно и в меньшем количестве, что нарушает их естественные взаимодействия.

Авторы новой работы предложили комбинированный подход с использованием гранулированных гидрогелей вместо твердых полимеров. Это позволило найти баланс между скоростью объемной печати и точностью экструзионной. Испытание нового метода биопринтинга подтвердило, что гранулированные гидрогели обеспечивают гораздо большую биологическую активность клеток. В течение восьми дней после печати стволовые клетки в составе напечатанной новым методом ткани сильнее размножились, эпителиоциты сформировали больше контактов, а нейронподобные клетки образовали больше синапсов.

Добавить в избранное

Вам будет интересно

16.01.2024
612
0

Аутофагия — переваривание клеткой собственных ненужных компонентов — усиливается в раковых клетках по сравнению со здоровыми. Есть предположение, что подавление аутофагии может стать основой для разработки противораковых препаратов, однако результаты почти 20 клинических испытаний ингибиторов аутофагии оказались неубедительными. В то же время был установлен интригующий факт: ингибиторы аутофагии лучше действовали у курильщиков.

Понятно, что курение невозможно рекомендовать в качестве противоракового средства. С другой стороны, в крови курильщика повышается уровень угарного газа СО, связанного с гемоглобином, а СО известен как индуктор аутофагии. Авторы статьи, опубликованной в декабре в Advanced Science, давали мышам с опухолями поджелудочной железы и простаты питьевую пену с угарным газом, содержащую ингибитор аутофагии гидроксихлорохин. Рост и прогрессирование опухолей по сравнению с контролем значительно замедлялись. Сочетание монооксида углерода с ингибиторами аутофагии также подавляло рост раковых клеток простаты, легких и поджелудочной железы человека в культуре.

28.12.2023
529
0

Синтез хромосом de novo — длительный и затратный процесс, что ограничивает его применение в научных исследованиях и биотехнологии. Коллектив из Южно-Калифорнийского университета предложил альтернативу — создание синтетических хромосом дрожжей из природных фрагментов. Метод получил название  CReATiNG (от Cloning, Reprogramming, and Assembling Tiled Natural Genomic DNA).

Первый этап CReATiNG — клонирование сегментов природных хромосом. На этом шаге к концам сегментов добавляют уникальные адаптерные последовательности, определяющие, как молекулы будут рекомбинировать друг с другом в ходе дальнейшей сборки. Второй этап — совместная трансформация клонированных сегментов в клетки и их сборка путем гомологичной рекомбинации in vivo. Такой подход значительно дешевле и быстрее, чем сборка из синтезированных de novo фрагментов. Например, некоторые синтетические хромосомы, созданные авторами статьи, прошли путь от разработки in silico до тестирования in vivo в течение месяца, а их производство обошлось менее чем в пятьсот долларов.

Ученые показали, что CReATiNG можно использовать для создания синтетических хромосом со сложным дизайном, включающим более десяти сегментов. Кроме того, подход можно комбинировать с синтезом хромосом de novo. Например, хромосомы со свойственной дрожжам архитектурой, но с последовательностями из других видов, могут быть синтезированы de novo, а затем рекомбинированы с хромосомами дрожжей — это упростило бы изучение генетических основ репродуктивной изоляции и различий в признаках между филогенетически далекими организмами. Также с помощью CReATiNG можно собирать единые модули из генов, относящихся к одним и тем же сигнальным путям и клеточным процессам, что важно для их исследования.

25.10.2023
544
0

Во время упражнений на мышцы воздействуют химические сигналы от окружающих клеток и механические силы от взаимодействия с другими тканями. Остается открытым вопрос, что конкретно позволяет мышцам расти — химические сигналы, механические силы или комбинация этих факторов. Исследователи из Массачусетского технологического института создали мат для «упражнения» клеток мышц, который поможет изучить эти факторы по отдельности.

Маты были выполнены из гидрогеля. С помощью магнитных полос и постоянных магнитов, движущихся под матом, гидрогель оказывал на клетки мышц регулярное и повторяющееся механическое воздействие. Каждый мат был размером с монету. Клетки выращивали на поверхности гидрогеля, сначала они имели круглую форму, со временем формировали волокна. «Упражнения» длились 30 минут в день в течение десяти дней. Контрольные клетки не стимулировали.

В результате механического воздействия клетки вырастали более длинными. Более того, волокна выравнивались в одном направлении, тогда как контрольные волокна росли как попало. В ответ на стимуляцию волокна сокращались, причем одновременно и в одном направлении. Авторы планируют повторить опыты с другими типами клеток.

04.10.2023
764
0

Экспрессия генов с плазмидной ДНК после трансфекции, как правило, носит временный характер. Механизм, который ее прекращает, пока не был точно установлен, однако недавно ученые описали новый компартмент в клетках млекопитающих, который содержит внехромосомную ДНК. Они показали, что ДНК, попадающая в клетки, быстро окружается двойной мембраной в цитоплазме — полученный контейнер хранится в клетке несколько циклов деления.

Эксклюсома — так авторы назвали новый компартмент — содержит в оболочке белки эндоплазматического ретикулума (ЭПР), а также белки внутренней ядерной мембраны Lap2β и эмерин. Исследователи предположили, что упаковка внехромосомной ДНК в эксклюсомы происходит при участии ЭПР (об этом говорит наличие белков ЭПР в ее мембране и контакты эксклюсом с ЭПР), однако сама оболочка сильно напоминает ядерную. Отличие состоит в отсутствии рецептора ламина B и ядерного порового комплекса. Однако, несмотря на отсутствие ядерных пор, обмен между эксклюсомой и цитоплазмой остается возможен — это обеспечивается фенестрациями мембраны.

Важную роль в формировании эксклюсомы играет белок эмерин. Ученые подтвердили это при помощи оверэкспрессии LEM-домена, который участвует в связывании эмерина с BAF (ДНК-связывающий белок). Такая оверэкспрессия препятствовала связыванию полноразмерного эмерина с его мишенью; оказалось, что это ограничило образование эксклюсом. Каким именно образом клетки различают внехромосомную ДНК и хромосомы, исследователи пока не выяснили. Сама способность клеток к упаковке плазмид в эксклюсомы (последние также могут содержать кольцевую ДНК, происходящую из теломер) говорит о существовании сложных механизмов, защищающих клетки млекопитающих от экзогенной ДНК. Авторы работы рассчитывают, что дальнейшие исследования раскроют детали работы этого механизма, его эволюционный путь и то, как он координируется с теми системами иммунитета, которые возникли благодаря многоклеточности.

07.06.2023
563
0

Болезнь Альцгеймера — одно из самых распространенных в мире нейродегенеративных заболеваний, и ее риск повышается с возрастом. Также с возрастом деградируют миелиновые оболочки нервных волокон. Недавнее исследование показало, что демиелинизация способствует развитию ассоциированных с болезнью Альцгеймера нарушений.

Моделируя болезнь Альцгеймера на мышах, ученые показали, что деградация миелина ускоряет накопление амилоидных бляшек в мозге. Демиелинизация вызывала клеточный стресс нейронов и стимулировала выработку ими β-амилоида. Кроме того, дефектный миелин становился мишенью для микроглии, что мешало ей элиминировать уже сформировавшиеся амилоидные бляшки.

Это первое явное подтверждение связи между возрастной демиелинизацией и риском развития болезни Альцгеймера. Исследователи полагают, что замедление возрастного разрушения миелина может открыть новые пути предотвращения болезни или замедления ее прогрессирования в будущем.