Подготовка клеточных листов для тканевой инженерии и регенеративной терапии может быть значительно улучшена за счёт использования термочувствительных полимерных щёток, длина и плотность которых подобраны в соответствии с определёнными типами клеток.
Клеточные листы — это однослойные клеточные ткани с поверхностью, покрытой внеклеточным матриксом (ECM), что облегчает их трансплантацию в организм благодаря клееподобному эффекту ECM. Клеточные листы можно укладывать друг на друга для формирования плотных тканей, что важно для регенеративной медицины и тканевой инженерии.
Трансплантация используется как успешный метод клеточной трансплантационной терапии, но некоторые аспекты технологии не были полностью изучены для максимизации эффективности производства клеточных листов. Исследователи стремились понять, какая конфигурация структур в термочувствительных полимерах (или термочувствительных материалах, которые изменяют свои свойства в зависимости от температуры) будет наиболее эффективной для производства клеточных листов в передовой тканевой инженерии.
Исследователи опубликовали свои результаты в журнале Biomaterials Science в феврале 2025 года.
Исследование сосредоточено на термочувствительном полимере поли(N-изопропилакриламиде) (PNIPAAm). PNIPAAm изменяет свою гидрофобность, или склонность отталкивать воду, в зависимости от внешней температуры, что обуславливает его эффективность в системах доставки лекарств, биосенсорах, устройствах для биоанализа и диагностики, а также в других областях.
«Эти результаты показывают, что оптимальные условия для приготовления клеточных листов с использованием PNIPAAm варьируются в зависимости от типа клеток. Таким образом, модуляция плотности и длины щёток PNIPAAm является эффективным подходом для подготовки целевых клеточных листов», — говорит ведущий исследователь и автор исследования Кеничи Нагасе, профессор Высшей школы биомедицинских и медицинских наук Университета Хиросимы.
Когда PNIPAAm обезвоживается, происходит прикрепление клеток к модифицированной PNIPAAm посуде, а пролиферация клеток начинается примерно через четыре-пять дней после инкубации. Затем температуру снижают для гидратации PNIPAAm, и клеточный лист отделяется от полимерной посуды.
На адгезивную способность клетки влияет ECM, но существуют и другие факторы, влияющие на то, насколько хорошо клетки прикрепляются и отделяются от модифицированной PNIPAAm посуды. Эти факторы включают плотность щёток PNIPAAm, которая может влиять на адсорбцию белка, и длину щёток, которая, по-видимому, влияет на гидратацию.
Плотность щёток PNIPAAm регулировали путём изменения состава инициатора при их изготовлении, а длину изменяли путём регулировки концентрации мономера во время приготовления. Плотность и длину щёток необходимо изменять в соответствии с типом клеток для достижения максимальной эффективности при приготовлении клеточных листов.
Гидратирующий эффект усиливался с увеличением длины щётки, а адсорбция фибронектина, белка, обнаруженного во внеклеточном матриксе, увеличивалась при снижении плотности щётки PNIPAAm. Исследование было сосредоточено на изучении шести различных типов щёток PNIPAAm, подтвердив, что для достижения наилучших результатов разным типам клеток потребуются разные длины и плотности щёток.
В будущем исследователи хотели бы вывести термочувствительные культуральные планшеты на коммерческий рынок для клинического использования. Это будет способствовать дальнейшему развитию и без того быстрорастущей области тканевой инженерии и регенеративной медицины. Конечная цель — более индивидуальный подход к производству клеточных листов путём настройки характеристик полимерных щёток для наилучшего соответствия типу целевых клеток.
Нагасе вместе с Тэруо Окано из Института передовой биомедицинской инженерии и науки при Токийском женском медицинском университете и Центром тканевой инженерии клеточных листов при Университете Юты, а также Акихико Кикучи и Минами Ватанабэ из Департамента материаловедения и технологий Токийского университета науки внесли свой вклад в это исследование.
Предоставлено Университетом Хиросимы.