Микрогелевая антиоксидантная система продвигает исследования био-гибридного мозга

Исследователи представили прорывную технологию, которая может изменить способ создания и изучения моделей тканей мозга, выращенных в лаборатории. Инновация, названная Cellular RedOx Spreading Shield (CROSS), обеспечивает длительную антиоксидантную защиту стволовым клеткам, позволяя надежно производить высококачественные внеклеточные везикулы (EVs), которые укрепляют нейронно-глиальные сети.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Functional Materials, возглавляли профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета Иллинойса Хёнджун Конг и профессор химии Хи Сун Хан, а проводил его Райан Миллер, ныне постдокторант в Технологическом институте Джорджии.

Почему это важно

Модели тканей на основе стволовых клеток (нейроны-глия) — это продвинутая альтернатива традиционным методам исследований, таким как экс-виво срезы мозга или тестирование на животных. Они предлагают масштабируемые системы для изучения развития мозга и болезней, а также для развития биокомпьютинга. Однако текущие модели часто страдают от слабых нейронных связей и незрелых клеточных сетей.

EVs — крошечные частицы, производимые жировыми стволовыми клетками и несущие биологические молекулы для коммуникации с другими клетками, — могут помочь преодолеть эти ограничения. Но их стабильное производство в масштабе было сложной задачей, во многом из-за окислительного стресса и распространения стареющих клеток в биореакторах.

Обычные антиоксиданты могут помочь, но они быстро деградируют, что ограничивает их эффективность в процессах биопроизводства.

CROSS использует высокоэффективный и масштабируемый метод на основе капельной микрофлюидики для производства микрогелей, загруженных кристаллами антиоксиданта. Однократное введение этих микрогелей поддерживает антиоксидантную активность до семи дней в культурах стволовых клеток.

Используя N-ацетилцистеин (NAC) в качестве модельного антиоксиданта, исследователи показали, что CROSS сохраняет здоровье стволовых клеток, стабилизирует производство EVs и предотвращает распространение окислительного повреждения.

Полученные EVs, обогащенные нейрогенным микроРНК-грузом, способствовали структурной и функциональной связности нейронов в in vitro-собранной модели нейронно-глиальной ткани.

Ключевые результаты

• Эффективное создание жидких микрокапель, содержащих кристаллы NAC, с помощью сдвигового потока и их преобразование в микрогели создает CROSS с диффузионным барьером, который продлевает высвобождение антиоксиданта, сохраняя эффективность более недели.
• CROSS подавил распространение клеточного старения в биореакторе, так что обработанные CROSS стволовые клетки производили EVs, аналогичные тем, что производят здоровые клетки, никогда не подвергавшиеся окислительному стрессу.
• При применении к системам нейронно-глиальной ткани эти EVs способствовали сборке in vitro нейронной ткани, функциональной с точки зрения электрофизиологии. Это важный инструмент для изучения нейроразвития, гомеостаза, болезней и биокомпьютинга.
• Потенциальные области применения включают регенерацию нервной ткани и био-гибридные технологии.
• CROSS предлагает альтернативу тестированию на животных и предоставляет практическое решение для крупномасштабного производства терапевтических EVs.

Суть

«Наш новый микрофлюидный процесс предоставляет простой и универсальный метод создания улучшенных носителей для доставки лекарств, которые могут быть адаптированы для различных биологических продуктов. Небольшие материалы CROSS, разработанные в этом исследовании, также могут помочь сделать производство клеточных терапий более эффективным, поддержать создание тканей, выращенных в лаборатории, и в конечном итоге способствовать появлению новых вариантов лечения для ряда заболеваний», — сказал Хёнджун Конг.