Выращивание стволовых клеток на среде из морских водорослей оказалось перспективным
Учёные из Института биомедицинской инженерии Общества Фраунхофера в Зульцбахе (Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering IBMT, Германия) предложили новый перспективный метод выращивания стволовых клеток на субстрате, содержащем альгинат из морских водорослей. Новая среда может гибко регулировать размер пор и эластичность альгината, способствует транспорту активных ингредиентов и имеет лучшие характеристики, чем адгезивные пластмассы. Результаты работы представлены в декабре 2015 года в пресс-релизе на сайте института.
Для испытаний лекарственных препаратов фармацевтическая промышленность нуждается в больших количествах плюрипотентных стволовых клеток (ПСК), которые способны дифференцироваться в любой тип соматических клеток. В настоящее время в биобанках собраны тысячи линий стволовых клеток от огромного количества пациентов, и врачи могут получить доступ к идеальным моделям различных генетических заболеваний. Используя данные образцы, медики и фармацевтические компании могут протестировать новые препараты лучше и быстрее, чем раньше.
Ученые из IBMT предложили использовать чилийские водоросли в качестве питательной среды для культивирования ПСК. За последние несколько лет они разработали процесс производства альгината с определенной структурой. Водоросли собирают на пляжах и в море у побережья Чили с целью импорта в гранулированном или сушеном виде для производства альгината и использования его в качестве среды для роста плюрипотентных стволовых клеток. В настоящее время британские фармацевтические компании занимаются исследованиями соответствующего процесса в своих лабораториях.
«Первые конкретные испытания с партнерами из Европейской федерации фармацевтической промышленности и ассоциаций (European Federation of Pharmaceutical Industries and Associations, EFPIA) планируются на следующий год», — говорит профессор Хайко Циммерманн (Heiko Zimmermann), управляющий руководитель IBMT. «Цель нашего исследования — получение стабильных плюрипотентных стволовых клеток, используя морские чилийские водоросли. Нам уже удалось это сделать для многих отдельных линий стволовых клеток».
Ученые Фраунгофера в Зульцбахе разработали процесс производства и технологическую базу совместно со своими коллегами из Чили и Великобритании. В качестве исходного материала использовались два вида водорослей, растущих на побережье Чили: Lessonia trabeculata и Lessonia nigrescens. Несущие конструкции в клеточных стенках водоросли образованы альгинатом, который чрезвычайно подходит для культивирования стволовых клеток – он состоит из водянистого геля, характеризующегося большей вязкостью, чем мед.
«В организме «чувство дома» клеткам даёт эластичное трёхмерное окружение. Именно такие условия создаются в полной мере при использовании альгината», — объясняет профессор Циммерманн. Данная среда особенно идеальна для клеток сердечной мышцы, которые регулярно сокращаются.
Упругость достигалась комбинацией разных видов водорослей и созданием шариков разных размеров. «Для различных типов клеток нужны разные условия культивирования», — говорит Циммерманн. «Мы также попытались вводить в альгинат активные ингредиенты с последующим их выделением контролируемым образом».
Примерами таких ингредиентов являются вещества, способствующие дифференцировке плюрипотентных стволовых клеток в определенные типы соматических клеток. По мнению профессора Циммерманна, в будущем альгинат будет не только выступать в качестве пассивного субстрата, но и активно влиять на рост стволовых клеток.
Дополнительным его преимуществом является отсутствие в упругой биомассе автофлуоресценции, что имеет важное значение для оптических методов анализа. «На нашем альгинате стволовые клетки растут лучше. И особенно хорошо — в автоматизированных биореакторах. Они более качественно дифференцируются в желаемые соматические клетки, чем на пластиковых подложках, обычно используемых сегодня», — говорит Циммерманн.
Сбор водорослей подлежит строгому контролю: существуют специальные лицензии для чилийских рыбаков, которые собирают только те водоросли, которые подходят для изготовления альгинатов, и ровно столько, сколько позволяет устойчивое управление ресурсами чилийского побережья.
В лабораториях под руководством IBMT и Общества Фраунгофера в Университете в Кокимбо (UCN University in Coquimbo, Чили) водоросли индивидуально очищают, измельчают и полностью высушивают. Все это делается в течение 24 часов, чтобы избежать загрязнения материала. Водоросли гранулируют и экспортируют в Германию, где ученые IBMT выделяют альгинат в стерильных условиях. После этого процесса он доступен в жидкой форме. С помощью сильной струи воздуха его можно также получить в виде шариков.
«Шарики оказываются более устойчивыми в присутствии бария, который имеет тенденцию оставаться в массе водорослей. С помощью такого приема материал становится стабильнее», — говорит профессор Циммерманн.
Исследователи помещают альгинат, покрытый белком, в биореактор, который обеспечивает оптимальную температуру и CO2 среду, и непрерывно перемешивает питательные вещества и клетки. При размере около 200 микрометров, каждый шарик альгината играет роль чашки Петри. Стволовые клетки растут на поверхности альгината в контейнерах от трех до семи дней, как обычно.
«Поскольку объемы альгината в реакторах могут быть немного увеличены, мы можем выращивать плюрипотентные стволовые клетки в больших количествах и в меньших пространствах», — говорит профессор Циммерманн.
