В новом исследовании, опубликованном в ноябрьском выпуске журнала Acta Biomaterialia, исследователи из Техасского университета A&M показали, что гидрогели MAP, запрограммированные на биоразложение с оптимальной скоростью, создают благоприятную среду для роста и интенсивного размножения костных стволовых клеток. Они обнаружили, что пространство, созданное увяданием гидрогелей MAP, создает пространство для роста стволовых клеток, их распространения и образования сложных клеточных сетей.
«Наше исследование теперь показывает, что стволовые клетки процветают за счет разложения гидрогелей MAP; они также модифицируют местную окружающую среду, чтобы лучше соответствовать своим потребностям», – сказал д-р. Дэниел Алдж, доцент кафедры биомедицинской инженерии. «Эти результаты имеют важное значение для разработки систем доставки на основе гидрогеля MAP, особенно для регенеративной медицины, где мы хотим доставлять клетки, которые заменят поврежденные ткани новыми и здоровыми."
Гидрогели MAP – это новый вид инъекционных гидрогелей. Эти мягкие материалы представляют собой соединенные между собой цепочки чрезвычайно маленьких шариков из полиэтиленгликоля, синтетического полимера. Хотя микрогранулы сами по себе не могут цепляться за клетки, они могут быть сконструированы так, чтобы представлять связывающие клетки белки, которые затем могут прикрепляться к молекулам рецепторов на поверхности стволовых клеток.
После прикрепления к микробусинам стволовые клетки используют пространство между сферами для роста и трансформации в специализированные клетки, такие как клетки костей или кожи.
И поэтому, когда есть травма, гидрогели MAP могут использоваться для доставки этих новых клеток, чтобы помочь тканям регенерировать.
Однако здоровье и поведение стволовых клеток в среде гидрогеля MAP никогда не были полностью изучены.
«Гидрогели MAP обладают превосходными механическими и биосовместимыми свойствами, поэтому в принципе они являются отличной платформой для роста и поддержания стволовых клеток», – сказал Алдж. "Но люди в этой области действительно плохо понимают, как стволовые клетки ведут себя в этих материалах."
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи изучили рост, распространение и функцию костных стволовых клеток в гидрогелях MAP.
Алдж и его команда использовали три образца гидрогелей MAP, которые различались только скоростью, с которой они разлагались, то есть медленной, быстрой или совсем не было.
Во-первых, чтобы стволовые клетки прикреплялись к гидрогелям MAP, исследователи украсили гидрогели MAP клеточно-связывающим белком.
Затем они отслеживали рост стволовых клеток с помощью флуоресцентного микроскопа с высоким разрешением. Исследователи также повторили тот же эксперимент, используя другой связывающий клетки белок, чтобы выяснить, влияют ли связывающие клетки белки на развитие стволовых клеток в гидрогелях.
К своему удивлению, команда Алджа обнаружила, что для обоих типов клеточно-связывающих белков гидрогели MAP, которые разлагаются быстрее всего, имеют самую большую популяцию стволовых клеток. Кроме того, клетки меняли форму гидрогеля MAP, поскольку они распространялись и требовали большей территории.
«В неповрежденном гидрогеле MAP мы все еще могли видеть сферические микрошарики, и материал был совершенно неповрежденным», – сказал Алдж. «Напротив, клетки образовывали гребни и бороздки в деградирующих гидрогелях MAP, динамически реконструируя свою среду."
Исследователи также обнаружили, что по мере роста стволовых клеток количество костных белков, продуцируемых растущими стволовыми клетками, зависело от того, какой белок, связывающий клетки, изначально использовался в гидрогеле MAP.
Алдж отметил, что понимание, полученное в ходе их исследования, во многом послужит основой для дальнейших исследований и разработок гидрогелей MAP для лечения стволовыми клетками.
«Хотя разлагаемость гидрогеля MAP глубоко влияет на рост стволовых клеток, мы обнаружили, что взаимодействие между клеточно-связывающими белками и деградацией также важно», – сказал он. «Поскольку мы, как отрасль, делаем успехи в разработке новых гидрогелей MAP для тканевой инженерии, мы должны смотреть на эффекты как разлагаемых, так и связывающих клетки белков, чтобы наилучшим образом использовать эти материалы для регенеративной медицины."