Устройство для визуализации клеток в инкубаторе позволяет удаленно контролировать их рост в реальном времени
Стволовые клетки, в отличие от большинства клеток организма, способны делиться бесконечно, что делает их перспективными для исследований в области продления жизни и восстановления тканей.
Плюрипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться в любой из трех первичных типов тканей: энтодерму (например, кишечник, желудок, легкие), мезодерму (мышцы, кости, сердце) и эктодерму (нервы, кожа). Однако их культивирование и направленная дифференцировка остаются сложной задачей.
Успехи в этой области могут привести к прорыву в биоинженерии, включая искусственное выращивание целых органов.
В недавнем исследовании, опубликованном в Lab on a Chip, ученые из Университета Осаки представили компактное устройство для визуализации клеток в инкубаторе — INSPCTOR. Оно позволяет удаленно в реальном времени контролировать рост клеток даже в компактных инкубаторах.
INSPCTOR использует безлинзовую технологию визуализации, интегрированную с тонкопленочными транзисторами (TFT). TFT-сенсоры поглощают рассеянный свет, проходящий через объекты, и генерируют электрические заряды. Каждый сенсор размером со стандартное предметное стекло может захватывать изображения до шести камер культивирования на стандартной 8-луночной планшете. Таким образом, можно независимо наблюдать шесть культур, а в одном инкубаторе — управлять несколькими устройствами одновременно.
«Одно из главных преимуществ нашего подхода — возможность легко внедрить эффективный контроль качества культур стволовых клеток и процессов их производства», — отметил ведущий автор исследования Тайши Какидзука.
Чтобы продемонстрировать ценность системы, ученые использовали ее для наблюдения за переходом эпителиальных клеток (неподвижных и плотно связанных) в мезенхимальные (более подвижные). Эта трансформация играет ключевую роль во многих естественных процессах, таких как эмбриональное развитие и заживление ран. Они показали, что прогрессию клеток можно точно измерить по свету, достигающему сенсора под планшетом для культивирования.
Более того, исследователи наблюдали, как стволовые клетки дифференцировались в кардиомиоциты, которые затем начали синхронно сокращаться. Команда зафиксировала влияние лекарств на частоту сокращений, а также изменения этой частоты по мере созревания клеток.
«Мы ожидаем, что наша работа внесет вклад в развитие регенеративной медицины и открытие лекарств», — сказал старший автор исследования Такэхару Нагай. Преимущество INSPCTOR перед существующими устройствами — его компактный размер и потенциал для недорогого массового производства.
Поскольку процесс дифференцировки очень чувствителен и может нарушиться при неправильных условиях, проверка правильного развития критически важна. Кроме того, этот процесс занимает много времени, и быстрое обнаружение ошибок необходимо. Возможность мониторинга роста клеток становится все более важной по мере увеличения роли автоматизации в клеточном культивировании.