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hansom999

银虫 (小有名气)

[交流] MIT creates 3-D scaffold for growing stem cells

MIT  creates  3-D  scaffold  for  growing  stem  cells
CAMBRIDGE,  Mass.
Stem  cells  grew,  multiplied  and  differentiated  into  brain  cells  on  a  new  three-dimensional  scaffold  of  tiny  protein  fragments  designed  to  be  more  like  a  living  body  than  any  other  cell  culture  system.  

An  MIT  engineer  and  Italian  colleagues  will  report  the  invention-which  may  one  day  replace  the  ubiquitous  Petri  dish  for  growing  cells-in  the  Dec.  27th  issue  of  the  PLoS  ONE.  Shuguang  Zhang,  associate  director  of  MIT's  Center  for  Biomedical  Engineering,  is  a  pioneer  in  coaxing  tiny  fragments  of  amino  acids  called  self-assembling  peptides  to  organize  themselves  into  useful  structures.  Working  with  visiting  graduate  student  Fabrizio  Gelain  from  Milan,  Zhang  created  a  designer  scaffold  from  a  network  of  protein  nanofibers,  each  5,000  times  thinner  than  a  human  hair  and  containing  pores  up  to  20,000  times  smaller  than  the  eye  of  a  needle.  

The  researchers  were  able  to  grow  a  healthy  colony  of  adult  mouse  stem  cells  on  the  three-dimensional  scaffold  without  the  drawbacks  of  two-dimensional  systems.  

In  addition  to  helping  researchers  get  a  more  accurate  picture  of  how  cells  grow  and  behave  in  the  body,  the  new  synthetic  structure  can  provide  a  more  conducive  microenvironment  for  tissue  cell  cultures  and  tissues  used  in  regenerative  medicine,  such  as  skin  grafts  or  neurons  to  replace  brain  cells  lost  to  injury  or  disease.

The  scaffold  itself  can  be  transplanted  directly  into  the  body  with  no  ill  effects.

"The  time  has  come  to  move  on  from  two-dimensional  dishes  to  culture  systems  that  better  represent  the  natural  context  of  cells  in  tissues  and  organs"  said  Zhang,  whose  coauthors  on  the  paper,  in  addition  to  Gelain,  are  from  institutes  and  medical  schools  in  Milan,  Italy.  

Life  in  two  dimensions

Biomedical  researchers  have  become  increasingly  aware  of  the  limitations  of  growing  living  cells  in  coated,  two-dimensional  Petri  dishes  and  glass  slides.

In  the  body,  cells  are  attached  to  and  supported  by  the  cells,  other  structures  and  proteins  around  them.  A  cell's  normal  environment  is  a  complex  network  of  tiny  fibers,  gaps  and  pores  through  which  oxygen,  hormones  and  nutrients  are  delivered  and  waste  products  filtered  away.  Cells  move  within  their  natural  environments  in  response  to  chemical  signals  or  other  stimuli.

Researchers  are  aware  that  cells  on  flat  surfaces  have  skewed  metabolisms,  gene  expression  and  growing  patterns.  But  the  only  choices  have  been  glass  labware  and  a  product  called  Matrigel,  a  gelatinous  protein  mixture  secreted  by  mouse  tumor  cells.  While  Matrigel  does  resemble  a  complex  extracellular  environment,  it  also  contains  growth  factors  and  unknown  proteins  that  limit  its  desirability  for  experiments  requiring  precise  conditions

"Synthetic  biopolymer  microfiber  scaffolds  have  been  studied  for  more  than  30  years  to  mimic  a  living  3D  microenvironment,  but  concerns  exist  about  their  degradation  products  and  chemicals"  the  authors  wrote  in  the  paper.

Other  synthetic  polymer  biomaterials  are  simply  too  big.  Getting  cells  to  grow  on  them  is  like  forcing  spiders  to  build  webs  on  skyscraper  girders.  Zhang's  nanofiber  scaffold,  around  1,000  times  smaller  than  the  existing  systems,  is  much  closer  in  size  to  the  extracellular  matrices  that  living  cells  manufacture  themselves.

Adding  motifs

With  the  addition  of  defined  amino  acid  fragments  called  active  motifs,  the  scaffold  can  be  fashioned  to  coax  stem  cells  to  behave  in  certain  desirable  ways-such  as  differentiating  into  needed  body  tissues  or  migrating  toward  bone  marrow  and  other  natural  destinations.  

"What  makes  these  designer  scaffolds  particularly  interesting  is  that  cells  survive  longer  and  differentiate  better  without  additional  soluble  growth  factors,"  Zhang  said.  "This  suggests  that  extracellular  microenvironments  may  play  a  more  important  role  for  cell  survival  and  for  carrying  out  cell  functions  than  previously  thought."

The  active  motif  method  could  be  readily  adapted  to  studying  cell-to-cell  interaction,  cell  migrations,  tumor  and  cancer  cell  interaction  with  normal  cells,  cell-based  drug  testing  and  other  diverse  applications.

"I  believe  that  in  the  next  20  years  all  cell  cultures  will  be  in  3D  with  the  designer  scaffolds,  and  most  textbooks  about  cell  biology  will  have  to  be  revised  when  people  obtain  results  from  3D  cell  culture  studies"  Zhang  said.

The  researchers  are  now  testing  the  designer  scaffold  with  a  variety  of  cells,  including  tooth,  bone,  heart,  liver,  cartilage,  skin,  pancreas,  blood  cells  and  artery-forming  cells.

Disclaimer  

The  following  press  release  refers  to  an  upcoming  article  in  PLoS  ONE.  It  has  been  contributed  by  the  article  authors  and/or  their  institutions.  The  opinions  expressed  do  not  necessarily  reflect  the  views  of  the  staff  or  the  editors  of  PLoS  ONE.

This  work  was  supported  by  Olympus  Corp.  and  the  National  Institutes  of  Health.

Citation:  Gelain  F,  Bottai  D,  Vescovi  A,  Zhang  S  (2006)  Designer  Self-Assembling  Peptide  Nanofiber  Scaffolds  for  Adult  Mouse  Neural  Stem  Cell  3-Dimensional  Cultures.  PLoS  ONE  1(1):  e119.  doi:10.1371/journal.pone.0000119  

PLEASE  ADD  THE  LINK  TO  THE  PUBLISHED  ARTICLE  IN  ONLINE  VERSIONS  OF  YOUR  REPORT:  http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0000119  
PRESS  ONLY  PREVIEW  OF  THE  ARTICLE:  http://www.plos.org/press/pone-01-01-zhang.pdf

[ Last edited by luo.henry on 2008-4-11 at 13:28 ]
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hansom999

银虫 (小有名气)

麻省理工学院创造出3D支架供干细胞增长
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~搞组织工程的XDJM有何想法呢?~~


信息来源:华文生技网 

    麻省理工和意大利的研究人员于12月27日的PloS ONE中发表研究结果,这种支架将有可能取代广泛用于培养细胞的培养基。这项研究的负责人是MIT的华裔科学家Shuguang Zhang。他利用一种蛋白质奈米纤维网络设计出一种支架。这种奈米蛋白纤维要比一根人头发细5000倍,并且含有比针眼小2000倍的孔。

    研究人员能够在3D支架上培养一种健康的成体小鼠干细胞,并且没有平面培养系统的缺点。这种新的合成结构除了能够帮助研究人员获得更精确的体内细胞生长和行为的影像之外,还能够提供组织细胞培养和再生组织更有益的微小环境。

    直接将这种支架移植到身体中,并不会造成任何副作用。目前的技术发展趋势就是从2D的培养皿进化到可以代表组织和器官中自然细胞的培养系统。

    体内细胞的正常环境是一个复杂的微小纤维、缺口和孔洞构成的网络。在这些缺口和孔洞中,氧气、激素和营养物质可以运输传递,且废物可以过滤送走。细胞在天然环境中能够对化学信号或其它刺激产生反应而移动。研究人员发现,在覆盖了培养基的平片培养皿和玻璃片中,培养活细胞存在着许多的限制。

    平面上的细胞培养会造成不对称的代谢、基因表达和生长模式,这些无法满足需要精确条件限定的实验的需求。在添加了特定的活性motifs的胺基酸片段后,这种支架可以引诱干细胞以特定的方式来分化成身体组织所需的细胞类型。这种新的培养支架可以用于研究细胞间交互作用、细胞迁移、肿瘤和癌细胞与正常细胞之间的交互作用,以及用于以细胞为基础的药物检测等应用。

   (编译/姜欣慧) (资料来源 : biocompare)
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2楼2007-01-16 21:56:17
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