Ученые и инженеры из Торонто сделали прорыв в трансплантации клеток, используя гелеобразный биоматериал, который сохраняет клетки живыми и помогает им лучше интегрироваться в ткани. В двух ранних лабораторных исследований, этот способ уже показал частично обратить вспять слепоту и помочь головному мозгу восстановиться после инсульта.

Под руководством профессоров Молли Шоушет и Дерека ван дер Коуи из Университета Торонто, вместе с профессором Синди Моршид, команда ученых заключила стволовые клетки в «гидрогель», что усилило их лечебные способности при трансплантации в глаз и головной мозг. Это открытие является частью продолжающихся попыток развития новых методов лечения для восстановления поврежденных нервов из-за заболеваний или травмы.

гидрогель для клетокВ исследовании, фоторецепторные клетки, полученные из стволовых клеток, были введены в сетчатку (рисунок), что привело к улучшению зрения

Проведенное в Центре клеточных и биомолекулярных исследований Доннелли в Университете Торонто, их исследование было опубликовано в выпуске журнала Stem Cell Reports.

Стволовые клетки обладают большим терапевтическим потенциалом из-за их способности превращаться в клетки любого типа в организме, включая их возможность по созданию запасных тканей и органов. Хотя ученые имеют большой опыт в выращивании стволовых клеток в лабораторных условиях, после пересадки этих клеток в нужное место в организме они имеют проблемы с размножением. Новая окружающая среда является сложной и непривычной, и имплантированные стволовые клетки часто погибают или не интегрируются правильно в окружающие ткани.

Биоинженер Шуашет, которая недавно выиграла престижную премию L’Oreal-UNESCO для женщин в науке, и ее команда создали гидрогель несколько лет назад в виде пузырчатой пленки, чтобы удерживать клетки вместе во время доставки в область трансплантации.

«Это исследование совершает еще один шаг дальше, показывая, что гидрогель делает больше, чем просто удерживает клетки вместе; он непосредственно способствует выживанию стволовых клеток и их интеграции. Это приводит лечение с помощью стволовых клеток ближе к реальности», — сказала Шуашет, профессор в Центре Доннелли, на факультете химической инженерии и прикладной химии и в Институте биоматериалов и биомедицинской инженерии в Университете Торонто.

Частичное восстановление зрения

Помимо изучения, какую выгоду получают стволовые клетки от существования в гидрогеле, исследователи также показали, что эти новые клетки могут восстановить функцию, которая была потеряна из-за повреждения или заболевания.

гидрогель для клетокВ другой части исследования, клетки были введены в поврежденные части головного мозга (рисунок), улучшив координацию движений в течение нескольких недель

Одна часть исследования включала введение инкапсулированных в гидрогеле фоторецепторов, выращенных из стволовых клеток, в глаза слепым мышам. Фоторецепторы являются светочувствительными клетками, отвечающими за зрение в глазах. С увеличением выживаемости и интеграции стволовых клеток, они смогли частично восстановить зрение.

«После трансплантации клеток, наши измерения показали, что мыши с ранее отсутствующей визуальной функцией восстановили примерно 15% от их зрачкового ответа. Их глаза начали различать свет и реагировать на него соответствующим образом», — сказал доктор Браян Баллиос, эксперт в биологии стволовых клеток и регенеративной медицины при дегенеративных заболеваниях сетчатки, который руководил этой частью исследования.

Восстановление головного мозга после инсультов

В другой части исследования, доктор Майкл Кук, работающий в лабораториях Шуашет и Моршида, вводил стволовые клетки в головной мозг мышам, у которых недавно был инсульт.

«После трансплантации, в течение недель мы начали обнаруживать улучшения в координации движений у мышей», — сказал Кук. Его команда в настоящее время хочет провести подобные эксперименты на более крупных животных, — например, на крысах, у которых более крупный мозг, что лучше подходит для поведенческих тестов, — для дальнейшего изучения, как трансплантация стволовых клеток может помочь вылечить повреждение после инсульта.

гидрогель для мозгаДемонстрация гидрогеля, выходящего из шприца

Современная терапия, основанная на использовании стволовых клеток

Шуашет всегда думала об использовании методов инженерии – таких как разработка и изготовление новых биоматериалов – для создания новых методов лечения на основе стволовых клеток с использованием гидрогеля.

С учетом того, что гидрогель может увеличить выживание стволовых клеток в двух разных частях нервной системы, — в глазу и мозге, — это потенциально можно использовать при трансплантации в многие другие места организма. Другое преимущество гидрогеля состоит в том, что он, после имплантации клеток в нужное место, рассасывается и поглощается организмом в течение нескольких недель.

Этот замечательный материал имеет только два компонента – метилцеллюлозу, которая формирует гель и удерживает клетки вмести, и гиалуронан, который сохраняет клетки живыми.

«Благодаря этому физическому смешению двух материалов мы получаем лучшее от обеих», — сказала Шуашет.