Onderzoekers uit Bochum en Dortmund hebben een kunstmatige celomgeving gecreëerd die de regeneratie van zenuwen zou kunnen bevorderen. Gewoonlijk genezen verwondingen aan de hersenen of het ruggenmerg niet gemakkelijk vanwege de vorming van met vocht gevulde holtes en littekens die weefselregeneratie verhinderen.

Een uitgangspunt voor medisch onderzoek is dan ook om de holtes te vullen met een stof die neurale stamcellen optimale omstandigheden biedt voor proliferatie en differentiatie. Het team van de Ruhr Universiteit Bochum en de TU Dortmund Universiteit, beide in Duitsland, hebben aangetoond dat positief geladen hydrogels de overleving en groei van stamcellen kunnen bevorderen.

Dr. Kristin Glotzbach en professor Andreas Faissner van de afdeling Celmorfologie en Moleculaire Neurobiologie in Bochum werkten samen met professor Ralf Weberskirch en Dr. Nils Stamm van de Faculteit Scheikunde en Chemische Biologie van de TU Dortmund Universiteit. Ze beschrijven de bevindingen in het tijdschrift ACS Biomaterials Science &Engineering .

Positief geladen hydrogels bevorderen overleving en differentiatie

De onderzoekers bestudeerden neurale stamcellen uit embryonale hersenen van muizen, die ze kweekten op positief geladen hydrogels. "Ons doel was om een ​​kunstmatige omgeving voor cellen te creëren die de natuurlijke celomgeving in de hersenen nabootst", zegt Kristin Glotzbach.

“Cellen hebben een negatief geladen coating, ook wel pericellulaire matrix genoemd. Hierdoor hechten ze bijzonder goed aan positief geladen substraten.” De truc met de hydrogels die in de experimenten werden gebruikt, was dat de sterkte van hun positieve lading nauwkeurig kon worden aangepast.

Zoals uit de experimenten bleek, vergemakkelijkten de positief geladen hydrogels de overleving van de cellen en beïnvloedden ze hun toekomstige lot. Als de stamcellen zich hechtten aan hydrogels met een hoge positieve lading, hadden de cellen de neiging zich te ontwikkelen tot zenuwcellen. Bij gels met een lagere positieve lading ontwikkelden de stamcellen zich daarentegen vooral tot gliacellen, die belangrijke hulpfuncties voor de zenuwcellen vervullen.

Het vermogen om te beïnvloeden of stamcellen differentiëren tot zenuw- of gliacellen zou een groot voordeel zijn. "Afhankelijk van het letsel moeten verschillende celtypen worden vervangen", legt Kristin Glotzbach uit. Niet alleen de regeneratie van zenuwcellen is belangrijk.

"Bij bepaalde ziekten worden ook gliacellen aangevallen en moeten ze worden vervangen. Bij multiple sclerose wordt bijvoorbeeld de isolatie van de zenuwcellen, die is gemaakt van oligodendrocyten, vernietigd."

Toevoeging van groeifactor verbetert de overlevingskans

Toen de onderzoekers de groeifactor FGF2 aan de positief geladen hydrogels toevoegden, verhoogden ze met succes de overlevings- en delingssnelheid van de cellen. Maar de differentiatie in zenuw- en gliacellen verliep daarna in een langzamer tempo.

"In toekomstige studies zijn we van plan peptiden of componenten van extracellulaire matrixmoleculen aan de positief geladen gels toe te voegen om de natuurlijke omgeving van de cellen nog efficiënter te simuleren", zegt Kristin Glotzbach. De onderzoekers zijn ook van plan te experimenteren met driedimensionale gels die gaatjes na hersenletsel kunnen opvullen.

Meer informatie: Kristin Glotzbach et al, Kationische hydrogels moduleren de proliferatie en differentiatie van neurale stam- en voorlopercellen in afhankelijkheid van kationische restconcentratie in 2D-celcultuur, ACS Biomaterials Science &Engineering (2024). DOI:10.1021/acsbiomaterials.3c01668

Aangeboden door Ruhr-Universitaet-Bochum