Восстановление или замена костной ткани, утраченной в результате болезни, - сложная и часто болезненная задача. В новом исследовании австралийские ученые нашли относительно простой способ быстро и эффективно заставить стволовые клетки превратиться в клетки костной ткани, используя высокочастотные звуковые волны.
Изображение под микроскопом стволовых клеток, превращающихся в костные клетки - зеленым цветом обозначен коллаген, который клетки вырабатывают как сопутствующий продукт процесса. Мельбурнский королевский технологический институт
Стволовые клетки обладают огромным медицинским потенциалом, помогая регенерировать различные ткани организма, но с костями оказалось особенно трудно работать. Кость состоит из так называемых мезенхимальных стволовых клеток (МСК), которые в основном находятся в костном мозге. Их сбор - болезненная процедура, а преобразование в костные клетки трудно довести до приемлемого уровня.
Но исследователи из RMIT нашли более быстрый и простой способ побудить МСК превратиться в костные клетки. Предыдущие исследования показали, что вибрация от звуковых волн может вызвать дифференциацию клеток, но обычно на это уходило более недели, и результаты были не всегда однозначными. Эти эксперименты ограничивались низкими частотами, и ранее считалось, что более высокие частоты не принесут пользы. В рамках нового исследования команда RMIT решила исследовать именно высокие частоты.
На схеме показано, как микрочип (слева) производит звуковые волны, побуждая стволовые клетки в культуре (справа) приступить к трансформации в костную ткань. Мельбурнский королевский технологический институт
Специалисты использовали микрочип, который производил звуковые волны в мегагерцовом диапазоне, и направляли их на МСК в силиконовом масле на культуральной пластине. Они обнаружили, что оптимальной схемой является воздействие на клетки сигналами частотой 10 МГц в течение 10 минут в день на протяжении пяти дней, что повышает уровень определенных маркеров, указывающих на их преобразование в клетки костной ткани.
Высокочастотные звуковые волны в процессе терапии стволовыми клетками формируются на этом микрочипе. Это недорогая и легко масштабируемая технология, разработанная специалистами RMIT. Мельбурнский королевский технологический институт
"Мы можем использовать звуковые волны для оказания нужного давления в нужных местах на стволовые клетки, чтобы запустить процесс изменения", - говорит Лесли Йео, соруководитель исследования. "Наше устройство отличается низкой стоимостью и простотой в использовании, поэтому его можно легко усовершенствовать для одновременной обработки большого количества клеток, что крайне важно для эффективной тканевой инженерии".
После того, как стволовые клетки начнут дифференцироваться в костную ткань, их можно вводить в организм в области травмы или заболевания, или наносить на имплантаты, для выращивания новой кости. Команда говорит, что этот процесс устраняет необходимость в лекарствах, которые заставляют стволовые клетки идти по этому пути, и делает все гораздо быстрее и эффективнее. Важно, что МСК могут быть получены из других частей тела пациента, например, из жировой ткани, что менее трудоемко, чем получение стволовых клеток из костного мозга.
Команда планирует продолжить исследования по расширению масштаба платформы для практического использования.
Исследование было опубликовано в журнале Small.
Источники: RMIT - Мельбурнский королевский технологический институт
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106823
https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2022/feb/sound-waves-stem-cells
