Трехмерное культивирование клеток: создание естественных условий
Ученые из Хьюстона представили новую методику, использующую магнитные нанобусины для левитации клеток, что позволяет им формировать трехмерные структуры. Этот технологический прорыв по сравнению с плоской чашкой Петри может оказать значительное влияние на исследования рака. Последние исследования показывают, что раковые клетки, растущие в виде двумерных слоев, не являются оптимальной системой для изучения потенциальных противоопухолевых агентов. Техники трехмерного роста клеток могут сэкономить миллионы долларов на тестировании лекарств.
Исследование, о котором сообщил журнал Nature Nanotechnology, возглавили Рената Паскуалини и Вадих Арап из Онкологического центра им. Андерсона Техасского университета, а также Томас Киллиан из Университета Райса. Доктор Паскуалини также является членом Центра физических наук и онкологии при Научном центре здоровья Техасского университета в Хьюстоне — одного из 12 центров, финансируемых Национальным институтом рака для развития инновационных идей на основе знаний о биологических и физических законах, определяющих как нормальные, так и опухолевые системы.
Новая трехмерная методика достаточно проста для внедрения в большинстве лабораторий. Она использует магнитные наночастицы для левитации клеток во время их деления и роста. По сравнению с культурами, выращенными на плоских поверхностях, трехмерные культуры формируют ткани, более близко напоминающие ткани внутри организма.
«Сейчас существует большой запрос на поиск способов выращивания клеток в трех измерениях, потому что тело трехмерно. Ожидается, что культуры, более точно воспроизводящие нативную ткань, дадут лучшие результаты в доклинических испытаниях лекарств», — сказал доктор Киллиан. «Если бы можно было повысить точность раннего скрининга лекарств всего на 10%, по оценкам, это позволило бы сэкономить до 100 миллионов долларов на одно лекарство».
Для исследований рака «невидимые леса», создаваемые магнитным полем, важны не только для получения культур, более напоминающих реальные опухоли (что само по себе является важным достижением), добавил доктор Арап.
Чтобы заставить клетки левитировать, исследовательская группа модифицировала комбинацию золотых наночастиц и созданных вирусных частиц под названием «фаги», разработанную в лаборатории докторов Арапа и Паскуалини. Эта целевая «наночелнок» может доставлять грузы к конкретным органам или тканям.
«Логичным следующим шагом для нас будет использование этих дополнительных магнитных свойств целенаправленным образом для изучения возможных применений в визуализации и лечении опухолей», — сказал доктор Арап.
В текущем исследовании ученые добавили магнитные наночастицы оксида железа в гель, содержащий фаги. Когда в гель добавляют клетки, фаги заставляют частицы поглощаться клетками в течение нескольких часов. Затем гель смывают, а клетки, содержащие наночастицы, помещают в чашку Петри с жидкостью, способствующей росту и делению клеток. Поместив монетовидный магнит на крышку чашки, исследователи обнаружили, что могут поднять клетки со дна, сконцентрировать их и позволить им расти и делиться, пока они находятся во взвешенном состоянии в жидкости.
В ключевом эксперименте с клетками глиобластомы ученые обнаружили, что клетки, выращенные в трехмерной среде, продуцировали белки, аналогичные тем, что производятся опухолями глиобластомы у мышей, в то время как клетки, выращенные в двух измерениях, такой схожести не показали.
Эта работа, частично поддержанная Национальным институтом рака, подробно описана в статье «Трехмерное культивирование тканей на основе магнитной левитации клеток». В исследовании также участвовали представители компании Nano3D Biosciences, которая лицензировала данную технологию для коммерческой разработки.