Wissenschaftler wachsen Zellen in 3-d mit Magnetfeldern

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Zellen im menschlichen Körper Leben in erstaunlich komplexen dreidimensionalen Umgebungen, die für ihre ordnungsgemäße Funktion entscheidend sind. Lunge, besteht zum Beispiel aus Schichten von verschiedenen Arten von Zellen, die zusammen arbeiten, um den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen der Luft und dem Blut.

Die Art und Weise, wie, die diese Zellen zusammenarbeiten, und die Chemikalien, die sie zum Ausdruck bringen, um miteinander zu kommunizieren ändern, wenn sie auf eine flache, zweidimensionale Oberfläche Leben.

Angesichts dieser Unterschiede im Verhalten der Zelle und Ausdruck, ist es faszinierend, dass die Norm für das Testen neuer Medikamente und Chemikalien sind Tests, die Zellen, die in flachen Petrischalen gezüchtet zu verwenden.

In dem Bemühen um genauer zu imitieren die Wirkung der Medikamente oder giftige Chemikalien auf echtes lebendes Gewebe, Wissenschaftler an der Rice University und der University of Texas MD Anderson Cancer Center in Houston entwickelten eine neue Labortechnik, die Magnetschwebebahn verwendet, um Zellen in dreidimensionale Formen wachsen. Verglichen mit Zellkulturen auf Flächen angebaut werden, bilden diese 3-d-Zellkulturen Gewebe, die stärker denen im Inneren des Körpers ähneln. Die Technik hat das Potenzial, die Kosten für die Entwicklung neuer Medikamente drastisch zu reduzieren, sowie die Verwendung von Tieren zu reduzieren, wenn die Sicherheit der hergestellten Chemikalien zu testen. Die Ergebnisse des Teams wurden im März 2010 in Nature Nanotechnology veröffentlicht.

"Gibt es ein großer Schub jetzt, Wege zu finden, Zellen in 3-d zu wachsen, weil der Körper 3-d ist und Kulturen, die mehr native Gewebe ähneln sollen bessere Ergebnisse bei der präklinischen Drogentests, bieten", sagte Co-Studienautor Tom Killian, außerordentlicher Professor für Physik an Reis. "Wenn Sie die Genauigkeit der frühen Medikament Vorführungen von gerade einmal 10 % verbessern könnte, wird geschätzt, dass Sie mehr als $ 100 Millionen pro Medikament sparen können."

Die neue Technik ist ein Beispiel für die Innovation, die sich ergeben kann, wenn Experten aus unterschiedlichen Bereichen zusammenkommen. Killian nutzt magnetische Felder, zu fangen und Atome, die gekühlt wurde, um den absoluten Nullpunkt in der Nähe von manipulieren. Er arbeitete an einem neuen Projekt mit Reis Biotechnologe Robert Raphael auf Methoden, um magnetische Felder verwenden, um Zellmembranen zu erforschen.

Killians Freund, Glauco Souza, der dann mit der Mitte Professoren Wadih Arap und Renata Pasqualini studiert wurde, erwähnte einmal, dass er eine Gel entwickelt wurde, die Zellen mit magnetischen Nanopartikeln geladen werden konnte.

"Wir fragten uns, wenn wir in der Lage, magnetische Felder verwenden, um die behandelten Zellen aus dem Boden der Petrischale schweben sein konnte, so dass sie in 3D, wachsen", sagte Souza, M.D. Anderson im ausgeschiedene 2009 um gemeinsam gefundenen Nano3D Biosciences, ein Start-up, die anschließend die Technologie von Reis und M.D. Anderson lizenziert.

"Wenn wir es versucht," Killian sagte: "Wir waren schockiert über die Zellen wie robust wuchs und wie sie Gewebe dargestellt, dass glich echte Gewebe formt."

Die 3-d-Technik ist einfach, schnell und erfordert keine spezielle Ausrüstung. Das sind große Vorteile im Vergleich zu anderen Technologien, die versucht haben, nehmen Zelle Kultivierung in die dritte Dimension.

Souza, sagte Nano3D Biosciences führt zusätzliche Tests durch, und er ist zuversichtlich, dass sie zeigen, dass die Magnetschwebebahn ist so gut, wenn nicht sogar besser, als langjährige Techniken für den Anbau von 3-d--Kulturen mit Gerüsten Zell.

Nano3D Biosciences hat auch einen Zuschuss von der National Science Foundation, seine Technik zu verwenden, um ein Schichtenmodell des Lungengewebes zu wachsen, die verwendet werden können, um die Toxizität von Chemikalien in der Luft zu testen.

Co-Autoren auf dem Papier Nature Nanotechnology gehören Robert Raphael, Daniel Stark, Jeyarama Ananta und Thomas Killian Reis; Glauco Souza und Carly Levin Nano3D Biowissenschaften; und Jennifer Molina, Michael Ozawa, Lawrence Bronk, Jami Mandelin, Maria-Magdalena Georgescu, James Bankson, Juri Gelovani, Wadih Arap und Renata Pasqualini, aller M.D. Anderson.

Die Forschung wurde von der National Science Foundation, M.D. Andersons Odyssee Scholar Program, das Department of Defense Breast Cancer Research Program, die David und Lucille Packard Foundation, die Gillson-Longenbaugh-Stiftung, der Marcus Foundation, AngelWorks, National Institutes of Health und des National Cancer Institute finanziert.

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.