Forskare från Bochum och Dortmund har skapat en artificiell cellmiljö som kan främja regenerering av nerver. Vanligtvis läker skador på hjärnan eller ryggmärgen inte lätt på grund av bildandet av vätskefyllda hålrum och ärr som förhindrar vävnadsregenerering.
En utgångspunkt för medicinsk forskning är därför att fylla hålrummen med ett ämne som ger neurala stamceller optimala förutsättningar för proliferation och differentiering. Teamet från Ruhr University Bochum och TU Dortmund University, båda i Tyskland, visade att positivt laddade hydrogeler kan främja överlevnaden och tillväxten av stamceller.
Dr Kristin Glotzbach och professor Andreas Faissner från institutionen för cellmorfologi och molekylär neurobiologi i Bochum samarbetade med professor Ralf Weberskirch och dr Nils Stamm från fakulteten för kemi och kemisk biologi vid TU Dortmunds universitet. De beskriver resultaten i tidskriften ACS Biomaterials Science &Engineering .
Forskarna studerade neurala stamceller från möss embryonala hjärnor, som de odlade på positivt laddade hydrogeler. "Vårt mål var att skapa en artificiell miljö för celler som efterliknar den naturliga cellmiljön i hjärnan", säger Kristin Glotzbach.
"Celler har en negativt laddad beläggning, även känd som en pericellulär matris. Det betyder att de fäster särskilt väl till positivt laddade substrat." Tricket med hydrogelerna som användes i experimenten var att styrkan på deras positiva laddning kunde justeras exakt.
Som experimenten visade underlättade de positivt laddade hydrogelerna cellernas överlevnad och påverkade deras framtida öde. Om stamcellerna höll fast vid hydrogeler med en hög positiv laddning, tenderade cellerna att utvecklas till nervceller. På geler med lägre positiv laddning utvecklades stamcellerna däremot främst till gliaceller, som utför viktiga hjälpfunktioner för nervcellerna.
Möjligheten att påverka om stamceller differentierar till nerv- eller gliaceller skulle vara en stor fördel. – Beroende på skadan behöver olika celltyper bytas ut, förklarar Kristin Glotzbach. Det är inte bara regenereringen av nervceller som är viktig.
"Vid vissa sjukdomar angrips även gliaceller och behöver bytas ut. Vid multipel skleros förstörs t.ex. isoleringen av nervcellerna, som är gjord av oligodendrocyter."
När forskarna lade till tillväxtfaktorn FGF2 till de positivt laddade hydrogelerna ökade de framgångsrikt cellernas överlevnad och delningshastighet. Men differentieringen till nerv- och gliaceller skedde sedan i en långsammare takt.
"I framtida studier avser vi att lägga till peptider eller komponenter av extracellulära matrismolekyler till de positivt laddade gelerna för att simulera den naturliga miljön i cellerna ännu mer effektivt", säger Kristin Glotzbach. Forskarna planerar också att experimentera med tredimensionella geler som kan fylla hålrum efter hjärnskador.
Mer information: Kristin Glotzbach et al, Cationic Hydrogels Modulate Neural Stem and Progenitor Cell Proliferation and Differentiation Behaviour in Dependence of Cationic Moiety Concentration in 2D Cell Culture, ACS Biomaterials Science &Engineering (2024). DOI:10.1021/acsbiomaterials.3c01668
Tillhandahålls av Ruhr-Universitaet-Bochum
