Одна из проблем клеточной терапии состоит в том, что некоторые типы клеток трудно и долго культивировать в лабораторных условиях. Для усиления деления клеток используют дорогостоящие препараты, что делает лечение малодоступным. Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино под руководством Антона Попова работают над принципиально новым, недорогим методом ускорения роста клеток с помощью наночастиц диоксида церия. Они провели успешные эксперименты с культурами первичных фибробластов мыши и опубликовали результаты в журнале Materials Science and Engineering C.

«При выращивании клеток in vitro, то есть вне организма, создаются неоптимальные условия, — пояснил главную идею исследования его руководитель, младший научный сотрудник лаборатории роста клеток и тканей ИТЭБ РАН Антон Попов. — В условиях in vitro повышен уровень кислорода по сравнению с условиями in vivo, что сказывается на метаболизме клеток. В частности, у них развивается окислительный стресс. Добавление наночастиц СеО2 снижает уровень окислительного стресса, тем самым имитируя нормальные условия роста в организме. Культура стволовых клеток начинает быстрее расти».

Антон Попов с коллегами давно изучают наночастицы диоксида церия в применении к клеточной терапии. Считается, что эти наночастицы, будучи специальным способом синтезированы, нетоксичны, и наоборот, оказывают благотворное влияние на клетки.

Для экспериментов ученые использовали золь наночастиц диоксида церия, синтезированный в Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова. Золь добавляли в питательную среду для культур первичных фибробластов, взятых у мышиных эмбрионов. Затем измеряли скорость деления клеток в культурах и уровень активных форм кислорода.

Выяснилось, что деление усиливалось после пяти дней культивирования при использовании золя с концентраций наночастиц в широком диапазоне: от 10-4 до 10-9 моль/л. Наиболее эффективна была концентрация 10-7 моль/л. При ней уровень активных форм кислорода близок к естественному.

Рисунок, иллюстрирующий сокращение времени куль...

Рисунок, иллюстрирующий сокращение времени культивирования клеток при использовании наночастиц диоксида церия.

Если же концентрацию наночастиц увеличить, то в клетках запускается собственная система борьбы с окислительным стрессом, которая снижает уровень активных форм кислорода ниже физиологически допустимого. А это вредно для роста культур клеток, потому что нарушается межклеточный метаболизм, и в итоге уменьшается деление клеток.

Ученые провели также эксперименты на мезенхимальных стволовых клетках, выделенных из пульпы зуба человека и пуповины новорожденных, и выяснили, что в присутствии питательной среды с наночастицами диоксида церия они культивируются лучше.

1) Культура первичных фибробластов мыши, снятая...

1) Культура первичных фибробластов мыши, снятая флюоресцентным микроскопом. Контрольный образец и образец, росший пять дней в питательной среде при концентрации наночастиц 10-7 моль.

Известно, что наночастицы диоксида церия проникают через клеточную мембрану и концентрируются в цитоплазме или лизосомах. Механизм взаимодействия наночастиц с активными формами кислорода связан с наличием у них дефектов в структуре кристаллической решетки, таким образом наночастицы как губки впитывают активные формы кислорода и инактивируют их.

Антон Попов так говорит о будущем применении наночастиц в медицине: «перспективно делать специальные культуральные подложки с этими наночастицами для эффективного культивирования стволовых клеток. Также можно имплантаты покрывать пленками с этими наночастицами, чтобы быстрее приживались в организме и т.д.».

Источник: Popov, Anton L., et al. Cerium oxide nanoparticles stimulate proliferation of primary mouse embryonic fibroblasts in vitro." Materials Science and Engineering: C (2016).

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493116305355

Иллюстрации ИТЭБ РАН

Подготовлено пресс-службой ИТЭБ РАН:

iteb-press@yandex.ru,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm