Onderzoekers overwinnen de barrière voor stamcelafgifte en maken de weg vrij voor regeneratieve geneeskunde

Een recente studie gepubliceerd in Nano-brieven heeft een nieuwe methode geïntroduceerd voor het afleveren van deeltjes in stamcellen, die notoir moeilijk te penetreren zijn. De ontdekking zal het gemakkelijker maken om de processen die betrokken zijn bij regeneratieve geneeskunde te sturen en te verbeteren.

Regeneratieve geneeskunde maakt gebruik van het feit dat de stamcellen van ons lichaam kunnen veranderen in vele andere celtypen die van vitaal belang zijn voor de regeneratie van weefsels en organen, zoals hart- of zenuwcellen.

Elk type cel heeft gespecialiseerde eigenschappen en functies, dus het benutten van het potentieel van stamcelontwikkeling betekent dat regeneratieve geneeskunde enkele van de meest veelbelovende behandelingen voor veel ziekten biedt.

Om het type cel te controleren waarin de stamcellen veranderen, moeten wetenschappers de genen van de cellen herprogrammeren door genetische informatie in de kern van de stamcel in te brengen, zoals een operator spoorlijnen zou aanpassen om de richting van een trein te veranderen.

Stamcellen hebben echter een robuuste bescherming om te voorkomen dat er iets binnendringt, vergelijkbaar met onze huid, dus het manipuleren van de differentiatie van stamcellen was problematisch.

De onderzoekers hebben gewerkt om dit te verhelpen met behulp van rattenstamcellen en hebben een manier gevonden om de beschermende barrière van de cellen te omzeilen.

Dr. Gang Ruan, van Xi’an Jiaotong-Liverpool University (XJTLU), China, en een overeenkomstige auteur, zegt: “Onze nieuwe methode betekent dat we genetische informatie sneller en efficiënter aan de stamcellen kunnen leveren en het soort cel kunnen controleren.” ze worden.”

Dr. Xiaowei Wen, ook van XJTLU en een overeenkomstige auteur, voegt eraan toe: “Door celdifferentiatie te kunnen beheersen met deze nieuwe methode, kunnen we de efficiëntie van stamceltherapie verbeteren, omdat we beter kunnen controleren waarin de cellen transformeren. Dit betekent minder cellen worden verspild en we hebben in totaal minder cellen nodig om beschadigd weefsel en organen te helpen regenereren of repareren.

“Dit verlaagt op zijn beurt de kosten en verhoogt de kwaliteit van het leven van de patiënt, omdat stamcellen kunnen worden gebruikt in plaats van donororganen die een beperkte voorraad hebben.”

Steiger oplossingen

Dr. Wen legt uit waarom de nieuwe technologie nodig is om te profiteren van de unieke eigenschappen van stamcellen.

“Naarmate we ouder worden, neemt het aantal stamcellen in ons lichaam dramatisch af. Dus om hun potentieel te benutten om beschadigd celweefsel en beschadigde organen te regenereren, moeten we ze in het lichaam implanteren.

“Helaas sterven de geïntroduceerde stamcellen meestal binnen ongeveer een week af als ze eenmaal in het lichaam zijn, maar het kan ongeveer vier weken duren voordat ze differentiëren tot andere celtypen.

“Dus in ons laboratorium kweken we stamcellen buiten het lichaam. Vervolgens kunnen we met onze nieuwe methode specifieke genetische informatie in de cellen inbrengen met behulp van nanodeeltjes om ze te laten veranderen in een bepaald type cel.

“Zodra de cellen zijn gedifferentieerd in het doelceltype, plaatsen we ze in het gebied van het lichaam waar beschadigd weefsel is, zodat ze kunnen helpen het te herstellen.”

In een eerdere studie identificeerde het team het knelpunt in het proces van levering van nanodeeltjes aan stamcellen. Ze toonden aan dat de nanodeeltjes vast kwamen te zitten in belachtige blaasjes waardoor ze niet in de stamcel konden komen, maar het was niet duidelijk waarom.

Doorbroken barrières

Om te begrijpen hoe de moeilijkheden van de stamcelbarrière kunnen worden overwonnen, bestudeerde het team van onderzoekers manieren om de beweging van nanodeeltjes door de celmembranen te verbeteren, die genetische informatie zouden kunnen bevatten die de transformatie van een stamcel naar zijn nieuwe celtype zou sturen. .

“We hebben veel methoden geprobeerd die in andere celtypen hebben gewerkt, en we ontdekten dat de meeste van deze jammerlijk faalden, zelfs degenen waar we hoge verwachtingen van hadden”, zegt Dr. Ruan.

“Uiteindelijk ontdekten we dat het coaten van de nanodeeltjes in een soort polymeer hen hielp om in de stamcellen te komen.

“De gecoate nanodeeltjes voorkwamen dat ze vast kwamen te zitten in blaasjes, in tegenstelling tot de niet-gecoate. Sterker nog, ze leken de blaasjes helemaal te omzeilen en de cel directer binnen te gaan.

“Het was eigenlijk geen methode waarvan we verwachtten dat deze succesvol zou zijn.”

Het is nog niet duidelijk waarom de coating werkt, maar de ontdekking zal helpen om de levering van genetische informatie aan stamcellen efficiënter te maken, zodat het gemakkelijker is om te controleren welke cellen ze worden.

Het team erkent echter dat er nog een lange weg te gaan is voordat deze methode klinisch kan worden gebruikt.

Dr. Ruan zegt: “We moeten niet alleen de levering aan de cellen verder optimaliseren, maar we moeten ook nauwkeurig controleren wanneer het gebeurt.”

“Maar het is een grote stap in de goede richting.”

Ontdekken door te vernietigen

Hoewel de ontdekking dat het voor gecoate nanodeeltjes gemakkelijker was om in stamcellen terecht te komen, heeft bijgedragen aan het oplossen van het leveringsprobleem, blijft de fundamentele vraag waarom stamcellen zo moeilijk binnendringen.

Het team keek daarom naar de barrière rond de stamcellen, het celmembraan, om te zien welke eigenschappen hen zulke unieke eigenschappen gaven.

Ze namen stamcelmonsters van zes ratten en gebruikten een apparaat genaamd een sonicator, zoals een mini-pneumatische boormachine, om de cellen te breken en maten vervolgens de hoeveelheid schade.

Ze ontdekten dat stamcelmembranen moeilijker te breken waren in vergelijking met andere celtypen waarin gemakkelijker genetische informatie kan worden overgedragen.

“Stamcelmembranen leken robuuster dan andere celtypen wanneer ze werden gesonificeerd. De voorlopige resultaten van de studie tonen ook aan dat de stamcellen meer cholesterol in hun celmembranen bevatten”, zegt Dr. Ruan.

“Dit extra cholesterol maakt het membraan stijver, vergelijkbaar met de problemen veroorzaakt door cholesterol in onze bloedvaten. Dit is misschien de reden waarom het zo moeilijk is voor nanodeeltjes om het membraan van stamcellen te passeren, hoewel er veel meer onderzoek nodig is om dit te bevestigen .”

Hoewel de resultaten voorlopig zijn, zal dit begrip van stamceleigenschappen de ontwikkeling van stamcelafgifte met behulp van gecoate nanodeeltjes en de optimalisatie van toekomstige regeneratieve therapieën verder helpen.