211service.com
Wirus, który odbudowuje uszkodzone nerwy
Wirusy, które naśladują wspierającą tkankę nerwową, mogą pewnego dnia pomóc w regeneracji uszkodzonych rdzeni kręgowych. Podczas gdy inne materiały do inżynierii tkankowej muszą zostać zsyntetyzowane i ukształtowane w laboratorium, wirusy zmodyfikowane genetycznie mają tę zaletę, że są samoreplikujące i samoorganizujące się. Mogą być zaprojektowane do ekspresji białek przyjaznych komórkom na ich powierzchni i, przy odrobinie namawiania, zostać przekształcone w złożone struktury podobne do tkanek. Wstępne badania pokazują, że rusztowania wykonane przy użyciu rodzaju wirusa zwanego bakteriofagiem (lub fagiem), który infekuje bakterie, ale nie może atakować komórek zwierzęcych, mogą wspierać wzrost i organizację komórek nerwowych.
Rusztowanie wirusowe: Włókno to składa się z miliardów wirusów i jest badane jako rusztowanie do inżynierii tkankowej. Włókno pomaga komórkom progenitorowym rozwijać się w neurony.
Naukowcy pracujący nad inżynierią tkankową mają nadzieję, że w końcu będą w stanie wykorzystać własne komórki pacjenta do wyhodowania tkanki zastępczej dla uszkodzonych serc, wątroby i nerwów. Ale naśladowanie struktury i funkcji tkanki ciała okazało się trudne. Matryce podtrzymujących, włóknistych białek podtrzymują komórki serca, płuc i innych tkanek w ciele. Rusztowania te zapewniają zarówno wsparcie strukturalne, jak i sygnały chemiczne, które umożliwiają prawidłowe funkcjonowanie narządu lub tkanki nerwowej.
Niektórzy inżynierowie biologii używają rusztowań wykonanych z polimerów, aby naśladować wspierającą macierz prawdziwej tkanki. Seung-Wuk Lee , bioinżynier z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, zamiast tego zwrócił się ku wirusom. Wirusy to inteligentne materiały, mówi. Po skonstruowaniu genomu możesz stworzyć miliardy fagów, które są samoreplikującymi się materiałami. Fag, z którym pracuje Lee, zwany M13, jest długi i cienki jak włókna białkowe, które tworzą matryce komórkowe wewnątrz ciała.
Najpierw Lee i jego koleżanka Anna Merzlyak zmodyfikowali M13 genetycznie, aby wyświetlać białka przyjazne dla nerwów na ich zewnętrznej powłoce. Wiadomo, że białka te pomagają komórkom nerwowym proliferować, przylegać i rozciągać się w długie, włókniste kształty. Następnie naukowcy wyhodowali dużą liczbę wirusów w gospodarzach bakteryjnych i wrzucili je do roztworu zawierającego neuronalne komórki progenitorowe. Komórki te są bardziej rozwinięte niż komórki macierzyste, ale wciąż są młode i wymagają nakłonienia do utworzenia nowych tkanek. W rozwiązaniu wirusy układają się jak ciekły kryształ, mówi Lee. On i Merzlyak użyli pipet do wstrzyknięcia roztworu do agaru, podłoża do hodowli komórek podobnego do galaretki O, tworząc długie, przypominające nerwy włókna wirusa przeplatane komórkami. Następnie komórki progenitorowe rozmnażały się i wyhodowały długie gałęzie charakterystyczne dla neuronów. Lee twierdzi, że fagi dobrze nadają się do tworzenia długich, włóknistych struktur, takich jak tkanka nerwowa, ale można je również przekształcać w bardziej złożone struktury, zmieniając ich koncentrację lub manipulując ich położeniem za pomocą pola magnetycznego.
Lee nie jest pierwszym, który używa wirusa jako materiału inżynieryjnego. Inni badacze wykorzystali tego samego wirusa do budowy elektrod baterii. Wykorzystanie wirusa w ten sposób zostało zapoczątkowane przez Angela Belcher , obecnie profesor inżynierii materiałowej i inżynierii biologicznej na MIT, i była podstawą pracy magisterskiej Lee, gdy był w jej laboratorium. Fagi modyfikowane genetycznie zostały już zatwierdzone jako antybakteryjny środek konserwujący żywność przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków do stosowania na przykład w wędlinach, takich jak bolonia. Fagi są również badane jako potencjalne leczenie przewlekłych infekcji bakteryjnych.
Profesor Instytutu MIT Robert Langer mówi, że praca Lee jest interesująca z punktu widzenia materiałów, ale ostrzega, że jej praktyczność należy ustalić poprzez badania in vivo.
Lee mówi, że jego grupa planuje w następnej kolejności zapewnić bezpieczeństwo rusztowań fagowych u żywych zwierząt. M13 ma dobre wyniki w zakresie bezpieczeństwa i nie jest w stanie zarażać ludzi. Mimo to naukowcy z Berkeley będą musieli zbadać, jak układ odpornościowy zwierzęcia reaguje na rusztowania wirusowe i udowodnić, że pobudzają one regenerację nerwów po wejściu do organizmu. Lee ma nadzieję, że system wirusowy zostanie ostatecznie wykorzystany do regeneracji neuronów u pacjentów z urazami rdzenia kręgowego.