TopoChip раскрывает код клеток Брайля
Клетки в человеческом организме меняют свою форму, пока они двигаются, делятся, соединяются с другими поверхностями. Но в то время, как научная литература изобилует примерами того, как клетки меняют форму в ответ на соприкосновения с другими объектами, практически ничего не известно о законах, которые регулируют эти изменения. И пока не было придумано эффективного способа, чтобы системно тестировать реакцию клеток на различную топографию, например, для создания оптимизированных поверхностей для медицинского оборудования.
«Мы не знаем брайлевский шифр клеток», - говорит биолог из Университета Твенте (Нидерланды) Ян де Бур (Jan de Boer).
Чтобы устранить этот пробел, де Бур и его команда исследователей разработала системный способ, чтобы узнать, как клетка изменяет форму в ответ на ряд топографий. Исследователи используют платформу под названием TopoChip, благодаря которой они тестируют тысячи образцов поверхностей и фиксируют то, как клетки на них реагируют. Данный процесс схож с тем, как фармацевтические компании анализируют огромное количество соединений в поисках перспективных препаратов.
Де Бур выступит с описанием результатов опытов, проведенных вместе с командой, на 60-ом Международном симпозиуме и выставке AVS в Лонг-Бич (США, штат Калифорния). Ученый расскажет о применении TopoChip и том, как это может повлиять на разработку улучшенных поверхностей для медицинских имплантатов.
«Наш уникальный подход заключается в том, что мы не создаем несколько поверхностей – мы создаем тысячи», - говорит де Бур. На настоящий момент они отобрали 2 173 образцов из их коллекции, состоящей из более 150 млн уникальных топографий, - и это еще не предел.
Для данной разработки был написан алгоритм, который генерирует уникальные кремниевые образцы: столбики несколько микрометров в длину, которые выполнены в различных геометрических формах (треугольники, прямоугольники, круги…). Все элементы разного размера, находятся в разных положениях и расположены на различных расстояниях друг от друга. Силиконовые образцы используются в качестве формы, чтобы сделать отпечатки на полимерных поверхностях, которые могут быть нанесены на керамику или металл в случае необходимости. Исследователи используют TopoChip, чтобы выращивать клетки на этих поверхностях, а затем использовать изображения с высоким разрешением, чтобы увидеть реакцию клеток.
Из десятка типов клеток, которые ученые протестировали, отреагировали все на, по крайней мере, некоторые образцы, хотя различные типы клеток реагировали по-разному. «Иногда клетки оказывались наверху столбиков, иногда между ними, - говорит де Бур. - Иногда клетки оборачивались вокруг образцов».
Эти кардинальные изменения в форме, как полагают, оказывают биологическое воздействие на клетки, например, меняя их поведение. Анализируя результаты тестов, команда теперь может предсказать, как клетка будет менять свою форму в ответ на определеннуую геометрию столбиков.
Такое исследование очень важно для имплантатов, включающих сердечные клапаны, зубные имплантаты, а также искусственные суставы. Наш организм может не принимать инородные тела, например, образуя рубцы вокруг имплантата. Создавая поверхности, которые «говорят с клетками на одном языке», исследователи могут добиться того, что имплантаты не будут отторгаться организмом.
«Самое замечательно в нашем подходе это то, что нам не нужны покрытия. Мы не меняем биологическую или химическую структуру. Единственное, что мы меняем – это топографию поверхности», -рассказывает де Бур.
Следующим шагом команды ученых является выявление, сколько именно существует уникальных образцов, которые способны вызвать конкретну. реакцию. Де Бур также начинает сотрудничать с исследователями геномики, чтобы получить информацию о том, что происходит внутри клетки в процессе изменения формы. Также для того, чтобы платформа TopoChip была доступна для производителей медицинского оборудования, де Бур вместе с коллегами учредили дочернюю компанию Materiomics BV, которая будет выполнять демонстрации на экране по индивидуальному запросу.
По материалам пресс-релиза Американского института физики.
Анастасия Полянская nauka21vek.ru