Op veel manieren, stamcellen zijn de diva's van de biologische wereld. Aan de ene kant, deze natuurlijke shapeshifters kunnen zichzelf transformeren in vrijwel elk type cel in het lichaam. In dat opzicht, ze houden de belofte in dat ze ziekten kunnen genezen, variërend van ruggenmergletsels tot kankers.

Anderzijds, zei universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek Sarah Heilshorn, stamcellen, zoals diva's, zijn ook kwik en moeilijk om mee te werken.

"We weten gewoon niet hoe we op efficiënte en effectieve wijze enorme aantallen stamcellen kunnen laten groeien en ze in hun regeneratieve staat kunnen houden, "Zei Heilshorn. "Dit heeft ons verhinderd om meer vooruitgang te boeken bij het creëren van therapieën."

Tot nu, dat is. In een recent artikel in Natuurmaterialen , Heilshorn beschreef een oplossing voor de dubbele uitdaging van het groeien en behouden van neurale stamcellen in een staat waarin ze nog steeds in staat zijn om uit te rijpen tot veel verschillende celtypen. De eerste uitdaging is dat het kweken van stamcellen in kwantiteit ruimte nodig heeft. Net als de traditionele landbouw, het is een tweedimensionale aangelegenheid. Als je meer tarwe wilt, maïs of stamcellen, je hebt meer oppervlakte nodig. Stamcellen kweken, daarom, veel relatief duur laboratoriumvastgoed nodig, om nog maar te zwijgen van de energie en voedingsstoffen die nodig zijn om het allemaal voor elkaar te krijgen.

De tweede uitdaging is dat als ze eenmaal vele malen in een laboratoriumschaaltje zijn verdeeld, stamcellen blijven niet gemakkelijk in de ideale staat van gereedheid om andere celtypes te worden. Onderzoekers noemen deze kwaliteit 'stemheid'. Heilshorn ontdekte dat voor de neurale stamcellen waarmee ze werkte, het behoud van de stamheid van de cellen vereist dat de cellen elkaar raken.

Het team van Heilshorn werkte met een bepaald type stamcel die uitgroeit tot neuronen en andere cellen van het zenuwstelsel. Dit soort cellen, indien geproduceerd in voldoende hoeveelheden, therapieën kunnen genereren om ruggenmergletsels te herstellen, traumatisch hersenletsel tegen te gaan of enkele van de meest ernstige degeneratieve aandoeningen van het zenuwstelsel te genezen, zoals de ziekte van Parkinson en Huntington.

Op zoek naar stevigheid

De oplossing van Heilshorn omvat het gebruik van betere materialen om stamcellen in te kweken. Haar lab heeft nieuwe op polymeer gebaseerde gels ontwikkeld waarmee de cellen in drie dimensies kunnen worden gekweekt in plaats van twee. Dit nieuwe 3D-proces neemt minder dan 1 procent van de laboratoriumruimte in beslag die nodig is voor de huidige stamcelkweektechnieken. En omdat cellen zo klein zijn, de 3D-gelstapel is slechts een enkele millimeter hoog, ongeveer de dikte van een dubbeltje.

"Voor een 3D-cultuur, we hebben slechts een stuk labruimte van 4 bij 4 inch nodig, of ongeveer 16 vierkante inch. Een 2D-cultuur vereist een perceel van vier bij vier voet, of ongeveer 16 vierkante voet, " meer dan 100 keer de ruimte, volgens eerste auteur Chris Madl, een recent doctoraat in bio-engineering van het laboratorium van Heilshorn

Naast de enorme besparing van laboratoriumruimte, het nieuwe proces vraagt ​​minder nutriënten en minder energie, ook.

De gels die het team heeft ontwikkeld, stellen de stamcellen in staat om de lange moleculen te hermodelleren en fysiek contact met elkaar te behouden om kritieke communicatiekanalen tussen cellen te behouden.

"De simpele handeling van aanraken is de sleutel tot communicatie tussen stamcellen en om de stam te behouden. Als stamcellen de gels niet kunnen hermodelleren, ze kunnen elkaar niet aanraken, ' legde Madl uit.

"De stamcellen sterven niet echt als ze elkaar niet kunnen aanraken, maar ze verliezen dat vermogen om te regenereren dat we echt nodig hebben voor therapeutisch succes, ', voegde Heilshorn eraan toe.

Opvallende resultaten

Deze behoefte aan neurale stamcellen om hun omgeving te hermodelleren verschilt van wat Heilshorn heeft gevonden bij het werken met andere soorten stamcellen. Voor die cellen het is de stijfheid van de gels - niet het vermogen om te hermodelleren - dat is de belangrijkste factor bij het behouden van de stevigheid. Het is alsof voor deze andere soorten stamcellen, gels moeten de stijfheid nabootsen van het weefsel waarin de cellen uiteindelijk zullen worden getransplanteerd. Niet zo met neurale voorouders, zei Heilshorn.

"Neurale celstamheid is niet gevoelig voor stijfheid en dat was een grote verrassing voor ons, " ze zei.

Het resultaat was zo opvallend en onverwacht dat Heilshorn, aanvankelijk, geloofde haar eigen resultaten niet. Het lab testte uiteindelijk drie totaal verschillende gels om te zien of hun conclusie stand hield, een ongebruikelijke aanvullende stap in dit soort onderzoek. Bij elk nieuw materiaal ze zagen dat degenen die konden worden omgevormd, hoogwaardige stamcellen produceerden; degenen die niet konden worden hervormd, hadden een negatief effect op de stengel.

Het volgende op de onderzoeksagenda van Heilshorn is het maken van gels die rechtstreeks vanuit de laboratoriumschaal in het lichaam kunnen worden geïnjecteerd. Door de mogelijkheden voelt ze zich weer optimistisch over stamceltherapieën. Voor een tijdje, ze zei, het voelde alsof het veld een muur had geraakt, toen de aanvankelijke opwinding voor regeneratie plaatsmaakte voor niet-inspirerende resultaten in de kliniek. Met haar nieuwe vondst, ze zei, het voelt alsof nieuwe dingen misschien net om de hoek zijn.

"Er is deze convergentie van biologische kennis en technische principes in stamcelonderzoek die me hoopvol maakt dat we eindelijk een aantal grote problemen kunnen oplossen, " ze zei.