Новости и мнения

Следующее поколение: клетки общаются со светом

Исследователи разрабатывают прозрачный клеточный каркас, называемый гидрогелем, который можно использовать для обнаружения и передачи света в клетки in vivo.

Устройство: Seok Hyun Yun, Myunghwan Choi и коллеги объединили генную инженерию, небольшие клеточные каркасы и оптогенетические принципы для разработки «световодных гидрогелей». Исследователи разработали гидрогели, которые сделаны из воды, клеточных сред и биополимеров – чтобы быть гибкими и прозрачными, чтобы они служили волноводом для света. После создания гидрогелей, содержащих клетки HeLa, исследователи подключили волоконно-оптический кабель и пересадили мышам подкожно гидрогели длиной четыре сантиметра. In vivo они показали, что конструкции могут как детектировать флуоресцентные белки, экспрессируемые клетками, так и стимулировать клетки с помощью света, передаваемого по оптоволоконному кабелю, для подавления высокого уровня глюкозы в крови у мышей с диабетом. Их работа была опубликована сегодня (20 октября) в журнале Nature Photonics .

«Мы продемонстрировали только один пример каждого из них: светочувствительность и терапия, но в клетках содержится более 20 000 функциональных белков», – сказал первый автор Чой, научный сотрудник Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс. Он добавил, что если ученые генетически сконструировали даже некоторые из этих клеточных белков для реагирования на свет, то в сочетании с гидрогелями, направляющими свет, они могли бы установить гораздо лучший контроль над клетками и клеточной терапией.

Что нового: «Люди сделали клеточную терапию. Люди сделали терапию на основе гидрогеля. Люди объединили клетки и гидрогели вместе, но способность оптически стимулировать [клетки] и делать это контролируемым образом – используя свойства гидрогеля в качестве волновода – является инновационной », – сказал профессор биомедицинских наук Михаил Пишко. инженер в Техасском университете A & M, который не был вовлечен в работу.

Гидрогели использовались для доставки лекарств раньше, и некоторые из них даже одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами. Есть также целые области, посвященные разработке клеточной инженерии и оптогенетических подходов для терапевтического использования. «Нет ничего, что нам действительно нужно было построить или изобрести», – сказал старший писатель Юн, доцент Гарвардского университета. «Мы собрали несколько разрозненных, красивых технологий, чтобы заставить их работать в единой системе. , , а затем нашел способ заставить все это работать внутри тела », – добавил он.

Важность: разработка клеточной терапии для лечения болезней продолжается, но сопряжена с проблемами. При инъекции клеток мыши или пациенту чрезвычайно сложно подтвердить, что они идут точно туда, где и делают именно то, что должны быть. Дозировка также является проблемой, так как трудно сказать, сколько клеток выживет и будут ли они функционировать должным образом in vivo. Клетки могут быть генетически сконструированы для экспрессии фотоактивных белков, которые реагируют на свет, но попадание света в клетки, когда они находятся в организме, является проблемой, потому что оптические свойства большинства тканей не способствуют движению света.

Световодные гидрогели предлагают решения этих проблем. В имплантированном гидрогеле расположение клеток известно. Кроме того, предоставляя клеткам возможность получать и отправлять световые сообщения через прозрачный материал, гидрогель «максимизирует эффективность связи» между клетками и внешним миром, считает Юн. Он добавил, что гидрогели обладают способностью тщательно контролировать, например, насколько активна клетка в высвобождении белка. Гидрогель играет еще одну важную роль: он помогает клеткам выживать в организме и стабилизирует их среду.

Нуждается в улучшении: еще предстоит подготовить светогидрогидрогель для клиники. «Есть несколько вещей, которые необходимо доработать и развить, чтобы сделать их действительно полезными», – сказал Юнь. Одним из возможных препятствий является клеточная инженерия, которая будет необходима для того, чтобы этот метод имел терапевтическое значение.

«Клетки, которые они использовали, являются клетками HeLa. Они потенциально онкогенные », – сказал Уоррен У.К. Чан , который не принимал участия в работе, но соавтор сопутствующей статьи с новостями и мнениями . «Это может создать проблемы». Чан, профессор Института биоматериалов и биомедицинской инженерии в Университете Торонто, сказал, что самый безопасный способ – использовать клетки, специфичные для каждого пациента. «Это требует времени, чтобы развиваться», добавил он.

«Я думаю, что это очень хорошая работа, но есть много проблем, которые необходимо решить», – добавил Пишко. «Во-первых, как влияют имплантированные клетки. , , способность этих материалов волноводить? »Биологическое разложение, добавил он, также может быть проблемой. «Способность соединять свет в гель в различных геометриях in vivo является [другой] проблемой. Я могу представить, как это работает, если гель представляет собой тонкую пленку, но что произойдет, если вы начнете смотреть на вещи, которые имеют разную геометрию? »

Несмотря на предостережения, работа отражает будущее интеграции естественных клеток с новыми технологиями. «Я думаю, что это то, где поле движется», сказал Чан. «Он пытается понять, как манипулировать вещами в теле».

М. Чой и др., «Световодящие гидрогели для клеточного зондирования и оптогенетического синтеза in vivo», Nature Photonics , doi: 10.1038 / nphoton.2013.278, 2013.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *