De plusieurs façons, les cellules souches sont les divas du monde biologique. D'un côté, ces métamorphes naturels peuvent se transformer en pratiquement n'importe quel type de cellule dans le corps. À cet égard, ils tiennent la promesse de pouvoir guérir des maladies allant des lésions de la moelle épinière aux cancers.

D'autre part, a déclaré Sarah Heilshorn, professeure agrégée de science et d'ingénierie des matériaux, cellules souches, comme des divas, sont également mercurielles et difficiles à travailler.

« Nous ne savons tout simplement pas comment faire croître de manière efficace et efficiente un nombre massif de cellules souches et les maintenir dans leur état de régénération, " Heilshorn a déclaré. "Cela nous a empêché de faire plus de progrès dans la création de thérapies."

Jusqu'à maintenant, C'est. Dans un article récent de Matériaux naturels , Heilshorn a décrit une solution au double défi de la croissance et de la préservation des cellules souches neurales dans un état où elles sont encore capables de mûrir en de nombreux types de cellules différents. Le premier défi est que la croissance des cellules souches en quantité nécessite de l'espace. Comme l'agriculture traditionnelle, c'est une affaire à deux dimensions. Si vous voulez plus de blé, maïs ou cellules souches, vous avez besoin de plus de surface. Culture de cellules souches, donc, nécessite beaucoup d'immobilier de laboratoire relativement coûteux, sans parler de l'énergie et des nutriments nécessaires pour tout retirer.

Le deuxième défi est qu'une fois qu'ils se sont divisés plusieurs fois dans un plat de laboratoire, les cellules souches ne restent pas facilement dans l'état de préparation idéal pour devenir d'autres types de cellules. Les chercheurs se réfèrent à cette qualité en tant que « tige ». Heilshorn a découvert que pour les cellules souches neurales avec lesquelles elle travaillait, le maintien de la tige des cellules exige que les cellules se touchent.

L'équipe de Heilshorn travaillait avec un type particulier de cellule souche qui mûrit en neurones et autres cellules du système nerveux. Ces types de cellules, s'il est produit en quantité suffisante, pourrait générer des thérapies pour réparer les lésions de la moelle épinière, contrer les lésions cérébrales traumatiques ou guérir certains des troubles dégénératifs les plus graves du système nerveux, comme les maladies de Parkinson et de Huntington.

À la recherche de la sévérité

La solution de Heilshorn implique l'utilisation de meilleurs matériaux dans lesquels cultiver des cellules souches. Son laboratoire a développé de nouveaux gels à base de polymères qui permettent aux cellules de croître en trois dimensions au lieu de deux. Ce nouveau processus 3-D occupe moins de 1 pour cent de l'espace de laboratoire requis par les techniques actuelles de culture de cellules souches. Et parce que les cellules sont si petites, la pile de gel 3-D ne mesure qu'un seul millimètre de haut, à peu près l'épaisseur d'un sou.

"Pour une culture 3D, nous n'avons besoin que d'un espace de laboratoire de 4 pouces sur 4 pouces, ou environ 16 pouces carrés. Une culture 2-D nécessite une parcelle de quatre pieds sur quatre pieds, ou environ 16 pieds carrés, " plus de 100 fois l'espace, selon le premier auteur Chris Madl, un récent doctorat en bio-ingénierie du laboratoire de Heilshorn

En plus des économies considérables d'espace de laboratoire, le nouveau procédé demande moins de nutriments et moins d'énergie, également.

Les gels développés par l'équipe permettent aux cellules souches de remodeler les longues molécules et de maintenir un contact physique les unes avec les autres pour préserver les canaux de communication critiques entre les cellules.

« Le simple fait de toucher est la clé de la communication entre les cellules souches et du maintien de la souche. Si les cellules souches ne peuvent pas remodeler les gels, ils ne peuvent pas se toucher, " expliqua Madl.

"Les cellules souches ne meurent pas exactement si elles ne peuvent pas toucher, mais ils perdent cette capacité de régénération dont nous avons vraiment besoin pour le succès thérapeutique, " a ajouté Heilshorn.

Des résultats frappants

Ce besoin pour les cellules souches neurales de remodeler leur environnement diffère de ce que Heilshorn a découvert en travaillant avec d'autres types de cellules souches. Pour ces cellules, c'est la rigidité des gels - et non la capacité de remodelage - qui est le facteur clé pour maintenir la tige. C'est comme si pour ces autres types de cellules souches, les gels doivent imiter la rigidité du tissu dans lequel les cellules seront éventuellement transplantées. Ce n'est pas le cas avec les progéniteurs neuraux, dit Heilshorn.

"La souche des cellules neuronales n'est pas sensible à la raideur et cela a été une grande surprise pour nous, " elle a dit.

Le résultat fut si frappant et inattendu que Heilshorn, en premier, ne croyait pas à ses propres résultats. Le laboratoire a fini par tester trois gels entièrement différents pour voir si leur conclusion tenait, une étape supplémentaire inhabituelle dans ce genre de recherche. A chaque nouveau matériel, ils ont vu que celles qui pouvaient être remodelées produisaient des cellules souches de qualité; ceux qui ne pouvaient pas être remodelés avaient un effet négatif sur la tige.

La prochaine étape du programme de recherche de Heilshorn consiste à créer des gels pouvant être injectés directement à partir de la boîte de laboratoire dans le corps. Les possibilités la rendent à nouveau optimiste quant aux thérapies par cellules souches. Pendant un temps, elle a dit, c'était comme si le champ avait heurté un mur, alors que l'excitation initiale pour la régénération a cédé la place à des résultats peu inspirants en clinique. Avec sa nouvelle trouvaille, elle a dit, on a l'impression que de nouvelles choses sont peut-être au coin de la rue.

"Il y a cette convergence des connaissances biologiques et des principes d'ingénierie dans la recherche sur les cellules souches qui m'amène à espérer que nous pourrons enfin résoudre de gros problèmes, " elle a dit.