Новый гель может способствовать развитию тканей зуба

8 апреля 2014, 12:00

Немного давления от нового сжимающегося, губкоподобного геля – это все, что необходимо для превращения трансплантированных неспециализированных клеток в клетки, которые откладывают минералы и начинают формирование зубов.

Биологический гель, который однажды сможет восстанавливать или замещать поврежденные органы, такие как зубы и кость, а возможно и другие органы, разрабатывают ученые из Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University, Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), and Boston Children's Hospital.

«Инженеры-гистологи давно взращивали идею о применении синтетических материалов, которые смогут подражать процессы индукции у эмбриона», - говорит Don Ingber, M.D., Ph.D., Founding Director of the Wyss Institute, Judah Folkman Professor of Vascular Biology at Harvard Medical School, Professor of Bioengineering at SEAS, и главный автор исследования. «Мы очень взволнованы в связи с этой работой, так как она становится все реальнее».

Ткани эмбриона имеют способность управлять клетками и тканями, приводя к специализации и формированию органов. Для того, чтобы сделать это, они используют биомолекулы, называемые факторами роста, ген-активаторы, которые заставляют клетки специализироваться и механическую силу, которая управляет клеточным ответом на перечисленные факторы.

До настоящего времени гистологи, которые хотели воссоздать органы в лаборатории, применяли только два фактора из трех: факторы роста и ген-активаторы. Возможно, именно поэтому они не смогли произвести полноценные сложные трехмерные ткани.

Несколько лет назад, Ingber and Tadanori Mammoto, M.D., Ph.D., инструктор в Surgery at Boston Children's Hospital and Harvard Medical School, разработал процесс, названный мезенхимальной конденсацией, который эмбрионы используют для инициации формирования множества органов, включая зубы, хрящи, кость, мышцы, связки и почки.

В мезенхимальной конденсации два соседствующих слоя - свободно расположенные клетки соединительной ткани – мезенхима и плоская ткань – эпителий, обмениваются биохимическими сигналами. Этот обмен вызывает сжатие мезенхимальных клеток в плотный узел точно в месте, где должно произойти образование нового органа.

Путем изучения тканей, взятых из челюстей эмбриона мыши, Mamomoto и Ingber показали, что при компрессии мезенхимальных клеток происходит включение генов, которые стимулируют образование целого зуба, минеральных тканей: дентина и эмали

Вдохновленные индукционным механизмом эмбриона, Inber и Basma Hashmi, Ph.D. candidate at SEAS, главный автор исследования, решили создать искусственные зубы путем применения материала, который бы привел к поставленной цели. Говоря конкретно, они захотели применить пористый губкоподобный гель, который бы вызвал сжатие мезенхимальных клеток после их имплантации в тело.

Для разработки такого материала, Inberg и Hashimi объединились с учеными под руководством Joanna Aizenbert, которая является профессором Amy Smith Berylson Professor of Materials Science at SEAS and Professor of Chemistry and Chemical Biology at Harvard University.

Химически модифицированный гель-полимер назван PNIPAAm. У данного материала имеется необычное свойство: он сжимается при нагревании.

Но этот процесс происходит при низкой температуре, в то время как ученым необходимо было инициировать сжатие строго при 37 градусах – температуре тела. Hashimi работал с Lauren Zarzar больше года, модифицируя PNIPAAm и тестируя результаты. В конечном итоге они создали био-гель, который обладал двумя ключевыми качествами: к нему прилипали клетки и он сокращался сразу же при нагревании до температуры тела.

В качестве первого теста Hashmi имплантировал мезенхимальные клетки в гель и нагрел их в лаборатории. Как только температура достигла 37 градусов, гель сжался в течение 15 минут, заставляя клетки внутри плотно прилегать друг к другу.

«Особое внимание стоит уделить на то, что клетки остаются живыми», - говорит Hashmi, «обычно, когда такое происходит, клетки уже мертвы или умирают».

Но они не только оставались живыми сами, но также активировали три гена, которые привели к началу формирования зуба.

Для того, чтобы проверить: работает ли гель в теле, Hashmi вместе с Mammoto ввели мезенхимальные клетки в гель, а затем имплантировали его под капсулу почки мыши – хорошо кровоснабжаемая ткань, которая часто применяется для трансплантационных экспериментов.

Имплантированные клетки не только привели к экспрессии генов, они также начали откладывать кальций и минералы, точно так же, как мезенхимальные клетки это делают в теле при формировании зубов.

«Они полностью включились в процесс формирования зуба», - сообщает Hashmi.

В эмбрионе, мезенхимальные клетки не могут образовать зуб сами - они нуждаются в комбинации с клетками эпителия. В будущем ученые планируют узнать: сможет ли сжимающийся гель стимулировать образование обеих тканей для формирования полноценно функционального зуба.

0 комментариев

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии.

Войти или Зарегистрироваться