Wspomaganie regeneracji komórek krwi po radioterapii; Metoda zwiększa różnicowanie komórek macierzystych w dojrzałe typy krwinek, może pomóc pacjentom z białaczką i chłoniakiem.

Pacjenci z nowotworami krwi, takimi jak białaczka i chłoniak, są często leczeni przez napromienianie ich szpiku kostnego w celu zniszczenia chorych komórek. Po leczeniu, pacjenci są narażeni na infekcje i zmęczenie, dopóki nie odrosną nowe krwinki.

Naukowcy z MIT opracowali sposób na szybszą regenerację komórek krwi. Ich metoda polega na stymulowaniu określonego typu komórek macierzystych do wydzielania czynników wzrostu, które pomagają komórkom prekursorowym różnicować się w dojrzałe krwinki.

Używając techniki znanej jako mechanopriming, naukowcy wyhodowali mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) na powierzchni, której właściwości mechaniczne są bardzo podobne do właściwości szpiku kostnego. To skłoniło komórki do wytworzenia specjalnych czynników, które wspomagają hematopoetyczne komórki macierzyste i progenitorowe (HSPC) różnicować się w krwinki czerwone i białe, a także płytek krwi i innych komórek krwi.

„Możesz o tym myśleć tak, jakbyś próbował wyhodować roślinę,– mówi Krystyn Van Vliet, Michael i Sonja Koerner profesor nauk o materiałach i inżynierii, profesor inżynierii biologicznej, i zastępca proboszcza. „MSC przybywają i ulepszają glebę, aby komórki progenitorowe mogły zacząć się rozmnażać i różnicować w linie komórek krwi, które są potrzebne do przeżycia”.

W badaniu myszy, naukowcy wykazali, że specjalnie wyhodowane MSC pomogły zwierzętom znacznie szybciej dojść do siebie po napromieniowaniu szpiku kostnego.

Van Vliet jest głównym autorem badania, który pojawia się w październiku. 24 wydanie czasopisma Badania i terapia komórkami macierzystymi. Głównym autorem artykułu jest Frances Liu, zdobywca tytułu doktora MIT. Inni autorzy to Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (MĄDRY) doktor habilitowany Kimberley Tam, niedawna doktorantka MIT, Novalia Pishesha, oraz były doktor habilitowany SMART, Zhiyong Poon, teraz w Singapore General Hospital.

Komórkowe fabryki leków

MSC są wytwarzane w całym ciele i mogą różnicować się w różne tkanki, w tym kości, chrząstka, mięsień, i gruby. Mogą również wydzielać białka, które pomagają innym typom komórek macierzystych różnicować się w dojrzałe komórki.

„Zachowują się jak fabryki narkotyków,mówi Van Vliet. „Mogą stać się komórkami linii tkankowej, ale wypompowują też wiele czynników, które zmieniają środowisko, w którym działają hematopoetyczne komórki macierzyste”.

Kiedy pacjenci z rakiem otrzymują przeszczep komórek macierzystych, zwykle otrzymują tylko HPSC, które mogą stać się krwinkami. Zespół Van Vlieta wykazał wcześniej, że myszom podaje się również MSC, szybciej się regenerują. Jednakże, w danej populacji MSC, zwykle tylko o 20 procent wytwarza czynniki potrzebne do stymulacji wzrostu krwinek i odbudowy szpiku kostnego.

„Pozostawieni samym sobie w obecnych, najnowocześniejszych środowiskach kulturowych, MSC stają się heterogeniczne i wszystkie wykazują ekspresję różnych czynników,mówi Van Vliet.

We wcześniejszym badaniu, Van Vliet i jej współpracownicy SMART wykazali, że może sortować MSC za pomocą specjalnego urządzenia mikroprzepływowego, które może zidentyfikować 20 procent, które promują wzrost komórek krwi. Jednakże, ona i jej uczniowie chcieli to poprawić, znajdując sposób na stymulowanie całej populacji MSC do wytwarzania niezbędnych czynników.

​Czujesz niepokój lub dyskomfort w salonach samochodowych, najpierw musieli odkryć, które czynniki są najważniejsze. Wykazali, że chociaż wiele czynników przyczynia się do różnicowania komórek krwi, wydzielanie białka zwanego osteopontyną było najsilniej skorelowane z lepszymi wskaźnikami przeżywalności u myszy leczonych MSC.

Naukowcy zbadali następnie pomysł „mechanoprimingu” komórek, aby wytwarzały więcej niezbędnych czynników. Przez ostatnią dekadę, Van Vliet i inni badacze wykazali, że zmiana właściwości mechanicznych powierzchni, na których hodowane są komórki macierzyste, może wpływać na ich różnicowanie w dojrzałe typy komórek. Jednakże, W tym badaniu, Ale potem znalazłem zupełnie nowe podejście, które zmieniło moje życie, wykazała, że ​​właściwości mechaniczne mogą również wpływać na czynniki wydzielane przez komórki macierzyste przed zaangażowaniem się w określoną linię komórek tkankowych.

Zwykle, komórki macierzyste usunięte z organizmu są hodowane na płaskiej tafli szkła lub sztywnego plastiku. Zespół MIT postanowił spróbować wyhodować komórki na polimerze zwanym PDMS i zmienić jego właściwości mechaniczne, aby zobaczyć, jak wpłynie to na komórki. Zaprojektowali materiały różniące się zarówno sztywnością, jak i lepkością, która jest miarą tego, jak szybko materiał rozciąga się pod wpływem naprężenia.

Naukowcy odkryli, że MSC wyhodowane na materiałach o właściwościach mechanicznych najbardziej podobnych do szpiku kostnego wytwarzają największą liczbę czynników niezbędnych do indukowania HPSPC do różnicowania się w dojrzałe komórki krwi.

Lepsza regeneracja

Następnie naukowcy przetestowali specjalnie wyhodowane MSC, wszczepiając je myszom, którym napromieniowano szpik kostny. Mimo że nie wszczepili żadnych HSPC, to leczenie szybko zaludniło komórki krwi zwierząt i pomogło im szybciej wyzdrowieć niż myszom leczonym MSC hodowanymi na tradycyjnych szklanych powierzchniach. Wyzdrowiały również szybciej niż myszy, którym podawano MSC wytwarzające czynnik, które zostały wybrane przez urządzenie do sortowania mikroprzepływowego.

„Badania na myszach były modelami radioterapii powszechnie stosowanej do zabijania komórek nowotworowych w klinice. Jednakże, te terapie są wysoce destrukcyjne i niszczą również zdrowe komórki,– mówi Liu. „Nasze mechanoprimowane MSC mogą pomóc w lepszym wspieraniu i szybszej regeneracji tych zdrowych komórek szpiku kostnego w tych mysich modelach, i mamy nadzieję, że te same wyniki przełożą się na ludzi”.

„Zilustrowanie, w jaki sposób można wykorzystać mechanopriming mezenchymalnych komórek macierzystych do poprawy regeneracji układu krwiotwórczego, ma ogromne znaczenie medyczne,– mówi Viola Vogel, przewodniczący Wydziału Nauk o Zdrowiu i Technologii na ETH Zurich, co jest bardzo ekscytujące. „Rzuca również światło na to, jak wykorzystać ich podejście, aby być może wykorzystać inne subpopulacje komórek do zastosowań terapeutycznych w przyszłości”.

Laboratorium Van Vlieta przeprowadza teraz więcej badań na zwierzętach w nadziei na opracowanie terapii skojarzonej MSC i HSPC, którą można by przetestować na ludziach.

„Nie można przeżyć z niską liczbą krwinek przez bardzo długi czas," ona mówi. „Jeśli jesteś w stanie szybciej uzyskać pełną liczbę krwinek do normalnego poziomu, masz znacznie lepsze prognozy dotyczące szybkości powrotu do zdrowia”.

Naukowcy mają również nadzieję zbadać, czy mechanopriming może indukować MSC do wytwarzania różnych czynników, które stymulowałyby rozwój dodatkowych typów komórek, które mogłyby być przydatne w leczeniu innych chorób.

„Można to sobie wyobrazić, zmieniając ich środowisko kulturowe, łącznie z ich środowiskiem mechanicznym, MSC można wykorzystać do podawania w celu zwalczania kilku innych chorób,”, takich jak choroba Parkinsona, reumatoidalne zapalenie stawów, i inni, mówi Van Vliet.

Badania zostały sfinansowane przez Interdyscyplinarną Grupę Badawczą BioSystems and Micromechanics należącą do sojuszu Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (MĄDRY), za pośrednictwem Singapurskiej Narodowej Fundacji Badawczej, i Narodowych Instytutów Zdrowia.

Źródło:

http://news.mit.edu, autor: Anne Trafton