På många sätt, stamceller är den biologiska världens divor. Å ena sidan, dessa naturliga shapeshifters kan förvandla sig till praktiskt taget alla typer av celler i kroppen. I det avseendet, de håller löftet om att kunna bota sjukdomar som sträcker sig från ryggmärgsskador till cancer.

Å andra sidan, sa docent i materialvetenskap och teknik Sarah Heilshorn, stamceller, som divor, är också kvicksilver och svåra att arbeta med.

"Vi vet bara inte hur vi effektivt och effektivt kan växa massiva antal stamceller och hålla dem i sitt regenerativa tillstånd, "Heilshorn sa." Detta har hindrat oss från att göra fler framsteg när det gäller att skapa terapier. "

Tills nu, det är. I en ny tidning i Naturmaterial , Heilshorn beskrev en lösning på de dubbla utmaningarna med att odla och bevara neurala stamceller i ett tillstånd där de fortfarande kan mogna till många olika celltyper. Den första utmaningen är att växande stamceller i mängd kräver utrymme. Som traditionellt jordbruk, det är en tvådimensionell affär. Om du vill ha mer vete, majs- eller stamceller, du behöver mer yta. Odling av stamceller, därför, kräver mycket relativt dyra laboratoriefastigheter, för att inte tala om energin och näringsämnena som är nödvändiga för att få bort allt.

Den andra utmaningen är att när de har delats upp många gånger i en labrätt, stamceller förblir inte lätt i det perfekta tillståndet att bli andra typer av celler. Forskare hänvisar till denna egenskap som "stämning". Heilshorn fann att för de neurala stamceller hon arbetade med, för att upprätthålla cellernas stamhet krävs att cellerna rör vid varandra.

Heilshorns team arbetade med en viss typ av stamceller som mognar till neuroner och andra celler i nervsystemet. Dessa typer av celler, om den produceras i tillräckliga mängder, kan generera behandlingar för att reparera ryggmärgsskador, motverka traumatisk hjärnskada eller bota några av de allvarligaste degenerativa störningarna i nervsystemet, som Parkinsons och Huntingtons sjukdomar.

Söker stämning

Heilshorns lösning innebär användning av bättre material för att odla stamceller. Hennes laboratorium har utvecklat nya polymerbaserade geler som gör att cellerna kan odlas i tre dimensioner istället för två. Denna nya 3D-process tar upp mindre än 1 procent av labutrymmet som krävs av nuvarande stamcellsodlingstekniker. Och eftersom cellerna är så små, 3D-stapeln är bara en millimeter hög, ungefär tjockleken på en krona.

"För en 3D-kultur, vi behöver bara en 4-tums-för-4-tums tomt med labutrymme, eller cirka 16 kvadratmeter. En 2-D kultur kräver en tomt fyra fot med fyra fot, eller cirka 16 kvadratmeter, "mer än 100 gånger så stort utrymme, enligt första författaren Chris Madl, en ny doktorsexamen i bioteknik från Heilshorns lab

Förutom de dramatiska besparingarna på labutrymme, den nya processen kräver färre näringsämnen och mindre energi, också.

Gelerna som teamet utvecklat gör att stamcellerna kan bygga om de långa molekylerna och behålla fysisk kontakt med varandra för att bevara kritiska kommunikationskanaler mellan cellerna.

"Den enkla rörelsen är nyckeln till kommunikation mellan stamceller och för att upprätthålla stamness. Om stamceller inte kan renovera gelerna, de kan inte röra varandra, "Förklarade Madl.

"Stamcellerna dör inte precis om de inte kan röra vid varandra, men de tappar den förmågan att regenerera som vi verkligen behöver för terapeutisk framgång, "Tillade Heilshorn.

Slående resultat

Detta behov av neurala stamceller för att bygga om sin miljö skiljer sig från vad Heilshorn har funnit i arbetet med andra typer av stamceller. För dessa celler, det är gelernas styvhet - inte förmågan att göra om - som är nyckelfaktorn för att bibehålla stamheten. Det är som för dessa andra typer av stamceller, geler måste efterlikna styvheten i vävnaden där cellerna så småningom kommer att transplanteras. Inte så med neurala förfäder, sa Heilshorn.

"Neural cellstamhet är inte känslig för stelhet och det var en stor överraskning för oss, " Hon sa.

Resultatet var så slående och oväntat att Heilshorn, i början, trodde inte på hennes egna resultat. Laboratoriet testade tre helt olika geler för att se om deras slutsats höll, ett ovanligt kompletterande steg i denna typ av forskning. Med varje nytt material, de såg att de som kunde byggas om producerade stamceller av hög kvalitet; de som inte gick att renovera hade en negativ effekt på stammighet.

Nästa upp på Heilshorns forskningsagenda är att skapa geler som kan injiceras direkt från lab -skålen i kroppen. Möjligheterna får henne att känna sig optimistisk om stamcellsterapier igen. Under en tid, Hon sa, det kändes som om fältet hade träffat en vägg, som initial spänning för förnyelse gav vika för oinspirerande resultat på kliniken. Med hennes nya fynd, Hon sa, det känns som att nya saker kan vara precis runt hörnet.

"Det finns denna konvergens av biologisk kunskap och tekniska principer inom stamcellsforskning som har mig hoppfull att vi äntligen kan lösa några stora problem, " Hon sa.