Жир и плюрипотентные стволовые клетки

Исследователи из Университета Осаки (OMU) использовали стволовые клетки, полученные из жировой ткани (АДСК). После чего частично развили их до костной ткани. Затем эти предифференцированные клетки были собраны в сферические кластеры, их еще называют сфероиды. И уже сами сфероиды способствовали восстановлению и регенерации тканей.

Сфероиды, собранные из АДСК, смешивали с β-трикальцийфосфатом – биосовместимым соединением, обычно используемым в костных трансплантатах и дентальных имплантатах. Смесь транспортировали к позвонкам L4 и L5 у крыс с переломами позвоночника. Причина перелома – остеопороз.

Через четыре и восемь недель после процедуры проводились микрокомпьютерная томография, гистологическое и биомеханическое исследование для оценки регенерации костной ткани и заживления травм.

Комментарий исследователей

У группы крыс, которых лечили остеогенными сфероидами, разительно увеличилась костная масса, выросли показатели сращения и механическая прочность, по сравнению с контрольной группой. Гистологический анализ выявил усиленное образование новой костной ткани и интеграцию β-трикальцийфосфата.

Кроме того, было подтверждено выживание стволовых клеток жировой ткани в точке восстановления. Эти результаты указывают на то, что стволовые клетки жировой ткани участвуют как в паракринном, так и в прямом остеогенезе.

Исследование выявило потенциал сфероидов, созданных с использованием стволовых клеток, полученных из клеток жира, для восстановления костной ткани. Эти технологии позволяют внедрить новые методы лечения переломов позвоночника. Поскольку клетки получены из собственной жировой ткани, нагрузка на организм минимальна, что гарантирует безопасность пациента.

Нечто подобное наблюдается и в нейробиологии. Использование собственных клеток для перепрограммирования в стволовые, помогает продлить сроки функциональной активности мозга.

Искусственная регенерация костной ткани

По сути, крысам не просто восстановили поврежденные позвонки, но и нарастили общую костную массу. И это было не поверхностное улучшение: гены, отвечающие за формирование и регенерацию костей, также были активированы выраженнее, чем обычно.

Ученые начали это исследование, изначально сосредоточившись на стареющем населении Японии. Пожилые люди – группа, что подвержена повышенному риску хрупкости костей и переломов. Возрастные переломы позвоночника, известные как остеопоротические переломы, распространены и приводят к серьезному снижению качества жизни. Однако сбор стволовых клеток (ADSC) даже в пожилом возрасте относительно прост, а лечение куда менее инвазивно, чем традиционная хирургия переломов.

Тем не менее, у исследования есть некие ограничения. В их числе: дефекты позвонков у крыс были намеренно созданы, поэтому не стоит проводить аналогий с человеческим переломом. Сами животные – четвероногие, поэтому нагрузка на позвоночник отличается от той, что у нас. И, конечно же, данных о долгосрочных исследованиях таких новых методов лечения мало, для любых видов, не только для людей.

Стволовые клетки и регенерация

Тем не менее, терапия стволовыми клетками для регенерации костей остаётся огромной темой для учёных. В 2022 году австралийская группа использовала звуковые волны для дифференциации стволовых клеток в мезенхимальные стволовые клетки (МСК), продуцирующие костную ткань. Эти клетки особенно сложно получить, так как они в основном находятся в костном мозге.

Исследователи из Осаки надеются, что в будущем человечество расширит спектр технологий, в которых используется биоматериал наших же тел для собственной регенерации. Что безопаснее, удобнее и естественнее альтернативных методов.

Больше материалов о мире технологий и потенциале организма человека – читайте в сообществе Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропустить свежие статьи!

Ученые из Университета Джона Хопкинса (США) и Национального исследовательского совета Италии разработали инновационную платформу из нанопроволок, которая имитирует текстуру мозговой ткани. Это позволило впервые изучать астроциты — звездчатые клетки мозга, имеющие решающее значение для его здоровья, — в условиях, максимально приближенных к естественным.

Астроциты являются самыми многочисленными и загадочными клетками центральной нервной системы. Они играют ключевую роль в регулировании взаимодействия между нейронами, поддерживают гематоэнцефалический барьер (защитную оболочку мозга) и обладают высокой динамичностью. Однако в традиционных культурах на стеклянных подносах или чашках Петри астроциты теряют свою характерную звездчатую форму, что создает серьезные пробелы в понимании их функций. Это особенно важно для изучения нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсон, где сбои в работе астроцитов связаны с множеством заболеваний. По сути, астроциты формируют каркас мозга, и их морфология напрямую влияет на здоровье нервной ткани.

"К сожалению, мало что известно о потрясающем разнообразии морфологии астроцитов, и мы также мало знаем о молекулярном механизме, стоящем за этими изменениями формы", — отметил биоинженер Ишан Барман из Университета Джона Хопкинса, один из старших авторов исследования. "На стекле они не принимают таких форм, поэтому перед нами встал вопрос: как воспроизвести форму in vivo, но в лабораторных условиях?"

Чтобы решить эту проблему, команда разработала два ключевых метода. Во-первых, они создали нанопроволочные маты из стекла, которые имитируют текстуру мозговой ткани, оставаясь оптически прозрачными для микроскопии. При выращивании на этих матах астроциты не только сохраняют свою звездчатую форму, но и активно растут, разветвляются и созревают, как в живом мозге. "При выращивании на матах из нанопроволоки астроциты восстанавливают свою звездообразную морфологию, разветвляясь и созревая так же, как это происходит в мозге in vivo", — объяснила старший автор Аннализа Конвертино из Национального исследовательского совета Италии.

Во-вторых, исследователи объединили эту платформу с новой технологией 3D-визуализации, обеспечивающей высокое разрешение без использования флуоресцентных меток или инвазивного окрашивания. Это позволило запечатлеть динамику роста, ветвления и изменений формы астроцитов с беспрецедентной детализацией. "Возможность сочетать культивирование нанопроволок с визуализацией без меток с высоким разрешением имела решающее значение", — подчеркнула соавтор Анушка Гупта, аспирант в лаборатории Бармана. "Это, наконец, позволяет точно количественно оценить морфологию астроцитов".

Команда ожидает, что этот подход откроет новые горизонты для изучения мозга, включая развитие технологий "мозг на чипе" — от органоидов до нейроинженерных платформ следующего поколения. "Это серьезный шаг вперед по сравнению с моделями 'плоской культуры' и открывает путь для нового поколения моделей 'мозга на чипе'", — сказал Барман. "Мы считаем, что это может ознаменовать начало нового пути изучения нейродегенеративных заболеваний, воздействия лекарств и травм головного мозга". Метод также потенциально применим для изучения других типов клеток.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Science и обещает углубить наше понимание функций и дисфункций мозга. https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.20...

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, возглавил доктор Шади Фарах, руководитель Лаборатории современных функциональных медицинских полимеров и технологий интеллектуальной доставки лекарств. По его словам, идея проекта родилась из наблюдения за природой: "Мы хотели понять, как моллюски прилипают к влажным поверхностям, и интегрировали их химию в наш материал".

Моллюски используют особые химические соединения — катехолы, которые формируют прочные связи даже в воде. Команда "Техниона" применила этот принцип для создания полимерного гидрогеля, способного надежно соединять влажные ткани.

В основе нового клея — дубильная кислота, получаемая из древесных источников, которую ученые химически модифицировали, добавив природные компоненты. Результат — гидрогель, состоящий преимущественно из воды и биосовместимых веществ, распознаваемый организмом как "свой" и безопасно распадающийся на природные соединения.

Разработанный биоклей можно печатать на 3D-принтере, подстраивая под конкретного пациента. Материал обладает памятью формы: в организме он может трансформироваться под действием температуры или физиологических сигналов, облегчая проведение малоинвазивных операций.

Кроме того, клей быстро затвердевает под воздействием ультрафиолета — всего за 5–10 секунд. Это позволит хирургам оперативно и точно герметизировать повреждения.

Фарах отметил, что клей, разработанный командой Техниона, продемонстрировал высокую антибактериальную активность против ряда бактерий.

«Он разрушает стенки бактериальных клеток, вызывая их быструю гибель и предотвращая образование патогенных биоплёнок», — сказал он. «Это помогает предотвратить потенциальные послеоперационные осложнения».

Десятилетиями хирурги использовали швы и металлические скобы для закрытия разрезов и остановки кровотечения. Несмотря на эффективность, эти методы инвазивны, болезненны и могут привести к инфекциям. Прорыв Техниона предлагает менее инвазивную и более щадящую для тканей альтернативу.

Новый материал уже доказал свою эффективность в многочисленных лабораторных испытаниях и испытаниях на животных. «Например, мы использовали модель, называемую тестом на прокол», — рассказал Фарах. «Мы взяли лёгкие овцы, подключённые к воздушному потоку, сделали отверстие, поместили их в воду и наблюдали за образованием пузырьков. Когда мы нанесли клей, он мгновенно запечатал место утечки. Это было идеальное совпадение».

Дополнительные эксперименты по остановке кровотечения из печени были проведены на крысах. «Очень важно разработать материалы, отвечающие этой огромной медицинской потребности», — сказал Фарах. «Мы разработали его как умный хирургический герметик, который можно вводить через небольшое отверстие в ходе малоинвазивной процедуры для мгновенной герметизации раны».

Материал прошёл все необходимые лабораторные испытания, включая полный химический, физический и физико-химический анализы, а также успешные функциональные эксперименты на мелких животных. «Наш следующий шаг — проверить его на моделях крупных животных, которые более точно соответствуют физиологии человека», — сказал Фарах. «Это этап перед клиническими испытаниями. Мы планируем начать испытания на крупных животных в течение следующего года, а затем перейти к испытаниям на людях».

Фарах отметил, что помимо жизненно важного потенциала, разработка может также улучшить косметические результаты после хирургических вмешательств. «Цель — помочь ранам заживать с меньшей травматичностью и меньшим повреждением окружающих тканей», — сказал он. «Это означает меньше шрамов и лучшие эстетические результаты».

В случае успеха нововведение команды Техниона может стать серьезным шагом вперед в хирургической помощи, который в конечном итоге сделает швы и скобы пережитком прошлого.

"Наша цель — заменить традиционные швы и скобы безопасной, биосовместимой альтернативой. Если проект окажется успешным, хирургия будущего может стать почти бесшовной", — сказал Фарах.

Перевод с английского

ИСТОЧНИК

ИСТОЧНИК

ИСТОЧНИК

ИСТОЧНИК

Человеческий мозг — основа наших воспоминаний, эмоций, знаний и идентичности. Он делает нас теми, кто мы есть, и когда что-то идёт не так, последствия бывают драматичными.

В последние годы мы значительно продвинулись в изучении мозга, и сегодня можем задавать вопросы, на которые раньше просто не могли ответить. Интересно, что же произошло за эти годы?

Учёные разработали технологии, позволяющие вырастить человеческий мозг в пробирке! Представьте себе, как клетки человеческого мозга растут в чашке Петри и взаимодействуют друг с другом. А теперь представьте, что эта система фактически отражает особенности человека, от которого были получены эти клетки, и способна к обучению.

Похоже на мир искусственного интеллекта? Абсолютно верно! В 2022 году впервые было продемонстрировано, что нейронная сеть, созданная на основе человеческой, смогла освоить компьютерную игру Pong и даже улучшить её результаты со временем.

Звучит как сцена из научно-фантастического фильма, но это живая, дышащая реальность, которая уже выходит за пределы лабораторий и выходит на рынок.

Израиль известен во всем мире как высокотехнологичный центр, добившись значительных успехов в этой области, а высокотехнологичные компании являются важным двигателем экономического роста страны.

Следующим значимым двигателем роста является сфера биотехнологий, и в частности, биоконвергенция, сочетающая биологические методы с передовыми вычислительными технологиями, такими как искусственный интеллект.

Благодаря проверенному технологическому потенциалу и ведущим в мире больницам, Израиль может стать мировым лидером в области биоконвергенции.

От клеток кожи к клеткам мозга

В этом контексте вернемся к технологиям «мозг в пробирке». Эти технологии открывают исключительные возможности. Прогресс научных исследований привел к тому, что из образца крови можно получить нейронные (мозговые) клетки человека, сохраняющие уникальные свойства его мозга.

Если раньше единственным способом изучения мозга были эксперименты на животных или нейровизуализация – дорогостоящая технология, то сегодня человеческий мозг можно исследовать на индивидуальном уровне, используя простой, повседневный образец.

Ярким примером служит разработка лекарственных препаратов, где оценка их действия начинается с животных моделей, чьи возможности воспроизведения активности человеческого мозга весьма ограничены, но которые представляют собой важнейший этап в принятии решений и планировании дорогостоящих клинических испытаний.

Помимо того, что животные модели, как известно, недостаточны для прогнозирования воздействия на человеческий мозг, возникает и этический вопрос использования животных для экспериментов.

Мозг в пробирке может стать более выгодной альтернативой как с моральной, так и с научной точки зрения. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) уже устранило необходимость проведения экспериментов на животных в рамках процесса одобрения лекарственных препаратов, а в Израиле также активно обсуждается вопрос прав животных.

Поэтому внедрение такой технологии может стать социальным инструментом, позволяющим проводить передовые исследования в области изучения мозга, минимизируя при этом необходимость использования животных.

Технология «мозг в чашке» позволяет не только заранее изучать реакцию нейронных сетей человека на различные вещества, но и характеризовать подгруппы таких сетей в зависимости от того, у кого были взяты образцы. Это может сэкономить годы работы и сотни миллионов долларов, вложенных в разработку.

Неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также психические расстройства, такие как шизофрения и депрессия, считаются особенно сложными загадками.

Возможность взять образец ткани конкретного пациента, создать на его основе нейронную сеть и использовать её в качестве персональной модели для тестирования лекарств приближает нас к эпохе по-настоящему персонализированной медицины.

В этой области Израиль может стать лидером благодаря сочетанию выдающихся исследователей, инновационных университетов и творческой биотехнологической отрасли.

На пути к персонализированной медицине

Сфера создания двумерных и даже трёхмерных моделей (органоидов) уже оценивается в несколько миллиардов долларов в год и ежегодно растёт двузначными темпами. Израиль, обладающий потенциалом в области биологии, медицины и искусственного интеллекта, может стать значимым игроком.

Достаточно нескольких успешных стартапов, чтобы увидеть здесь новую отрасль, которая будет генерировать миллиарды долларов, подобно кибериндустрии. В течение нескольких лет она создаст рабочие места в сфере исследований, медицинского оборудования, разработки лекарственных препаратов и регулирования.

В будущем можно представить себе ситуацию, когда у каждого пациента будет собственный нейронный органоид, созданный из легкодоступных клеток (кожи, крови, мочи), который станет инструментом для принятия решений, охватывающих широкий спектр вопросов, от питания до лечения.

Ещё несколько лет назад эта мечта считалась совершенно фантастической, но сегодня она приближается к реальности благодаря новым технологиям.

Многомиллиардный рынок

Мировой рынок двумерных и трёхмерных моделей мозга (органоидов) уже оценивается в миллиарды долларов и ежегодно растёт двузначными темпами. Благодаря своему опыту в биологии, медицине и искусственном интеллекте, Израиль может стать значимым игроком.

Всего несколько успешных стартапов могли бы создать здесь новую индустрию, приносящую миллиарды, как это сделала кибериндустрия. За несколько лет такая индустрия могла бы создать рабочие места в сфере исследований, производства медицинских приборов, разработки лекарств и регулирования.

В конечном счёте, «мозг в пробирке» — это не просто увлекательный эксперимент, а новая область с огромным экономическим и медицинским потенциалом.

В Израиле, где биотехнологическая отрасль и биоконвергенция являются одними из самых передовых в мире, это редкая возможность возглавить новое поколение исследований, персонализированной медицины, медицинских устройств и разработки лекарственных препаратов.

Те, кто инвестирует сейчас, будь то частные инвесторы, венчурные фонды или государственные учреждения, могут получить огромную выгоду уже через десятилетие.

Доктор Орит Голдман.

Автор — вице-президент по биологическим исследованиям и разработкам в компании NeuroKaire.

Перевод с английского

ИСТОЧНИК