Магнитные наночастицы помогают стволовым клеткам строить кости
Линейные клеточные структуры для костной инженерии
Моделирование сложной иерархической структуры природной костной ткани без использования дополнительных матриц и шаблонов – одна из ключевых проблем современной костной инженерии. Возможным путем её решения может служить самоорганизация клеток, например, под действием внешнего магнитного поля.
В качестве движущей силы, направляющей самоорганизацию клеток в нужное русло, американские ученые использовали биологически совместимые наночастицы оксида железа Fe3O4 размером 10-20 нм, суспендированные в растворе. Для лучшего взаимодействия с клетками в суспензию был добавлен белок альбумин (bovine serum albumin, BSA), который покрывал частицы оксида железа тонкой оболочкой.
Под действием постоянного магнитного поля в 100 Э клетки перестраивались в линейные цепочки, направление которых зависело от ориентации силовых линий. При этом клетки слипались, поэтому после снятия внешнего поля и удаления магнитных частиц их линейная структура сохранялась.
Схема формирования клеточных цепочек. Под действием внешнего магнитного поля клетки выстраиваются в линейные цепочки (b), которые сохраняют свою структуру и после удаления внешнего поля и магнитных частиц (с).
При изменении вектора внешнего магнитного поля клеточные цепочки меняют свое направление (a-d). После удаления внешнего поля клетки сохраняют цепочечную структуру (f). Изображения сделаны с помощью инверсионного конфокального микроскопа, клетки перед экспериментом подкрашены.
Исследования кинетики самоупорядочения показали, что экспериментальные данные хорошо согласуются с моделью коллоидной агрегации. Таким образом, длину клеточных цепочек в растворе можно контролировать путем изменения длительности магнитного воздействия.
Кинетика формирования клеточных цепочек. Исходная суспензия в отсутствие магнитного воздействия (а); через 1 секунду после приложения поля клетки формируют кластеры (b), а через 5 минут отчетливо видны линейные цепочки (с). На графике – зависимость длины цепочек от времени (голубые ромбы) хорошо описывается моделью коллоидной агрегации (пунктир).
Также было замечено, что при малых концентрациях магнитных частиц в суспензии формирование цепочек не происходит из-за увеличения адгезии между клетками.
Цепочечная структура, образующаяся под воздействием магнитного поля (H=100 Э) в течение 2 часов в растворе с концентрацией частиц "альбумин/Fe3O4" 15 мг/мл (а) и 30 мг/мл (b).
Предложенная технология достаточно дешева и проста в исполнении, что предрекает ей блестящее будущее. В дальнейшем авторы планируют создание с ее помощью трехмерных клеточных массивов.
Работа «Formation of Ordered Cellular Structures in Suspension via Label-Free Negative Magnetophoresis» опубликована в журнале NanoLetters.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
04.05.2009