Tema

Celler växer naturligare i spagetti-strukturer

Det gängse sättet att odla celler är att använda en platt laboratorieskål av glas. Men i en kropp växer ju cellerna inte på en platt yta, utan i tre dimensioner. Forskare vid Lunds universitet har därför utvecklat en porös ”spagetti” av vävnadsvänliga polymerer, i vars hålrum cellerna kan utvecklas på ett mer naturligt sätt.

– Odlar man hjärnceller i en platt labbskål så skiktar sig olika celltyper. Nervcellerna lägger sig överst och gliacellerna – en sorts stödjevävnad – lägger sig underst. Så ser det inte alls ut i en naturlig hjärnvävnad, där cellerna är mycket mer blandade, säger neuroforskaren Ulrica Englund Johansson.

Många forskargrupper världen över har därför försökt utveckla tredimensionella strukturer där celler kan odlas på ett mer naturligt sätt. Lundaforskarna har använt en metod kallad elektrospinning.

Trådarna låser upp sig av sig själva
– Elektrospinning är egentligen en gammal teknik, som fått en ny skjuts på senare tid. Det har visat sig vara ett bra sätt att göra små nanostrukturer för biologiskt och medicinskt bruk, förklarar biologen Fredrik Johansson, som arbetar nära samman med Ulrica Englund Johanssons grupp.

Den polymer man använder är godkänd för medicinskt bruk, och förekommer bland annat i suturer där tråden så småningom löser upp sig själv. Beroende på tillämpning, så kan den tredimensionella strukturen ges olika former.

– Man kan låta tråden bilda ett trassel med många hålrum för celler att växa i, som ett nystan av kokt spagetti. Men om man till exempel vill få nervcellsutskott att växa i en bestämd riktning, så kan man få tråden att bilda parallella linjer – som rak, okokt spagetti, säger Fredrik Johansson med en lättbegriplig liknelse.

Lundaforskarna har fått goda resultat med sina tredimensionella trådstrukturer.

Fibrerna i det konstgjorda fibernätverket har ungefär samma diameter som naturliga kollagenfibrer i vanlig bindväv. Nätverket är också glest nog för att celler ska kunna vandra in. (Bilden tagen med elektronmikroskop). Bildkälla: Fredrik Johansson, Lunds universitet

– Den tredimensionella formen verkar gynna utmognaden från stamceller till gliaceller och neuroner. De blandar sig också med varandra på ett naturligt sätt, får långa utskott och visar en funktionell elektrisk aktivitet, säger Ulrica Englund Johansson.

– De uttrycker också de proteiner som normalt uttrycks in vivo. Det är ett tecken på att stamcellerna utvecklas till de nervceller de skulle ha blivit i hjärnan.

När stamcellerna odlas i fibernätverket vandrar de in mellan fibrerna och utvecklas till nervceller eller stödjeceller (röda respektive gröna celler). De blå strukturerna är cellkärnor. (Bilden tagen med konfokalmikroskop). BIldkälla: Fredrik Johansson, Lunds universitet

Om den nya tekniken håller vad den lovar, så kan elektrospinning ge nya möjligheter för både forskning och industri. En mängd biomedicinska forskningsfrågor kan ställas på nya sätt om man har mer naturliga cellkulturer att forska på.

Nya läkemedelskandidater kan testas mer effektivt på cellodlingar som är mer lika en naturlig vävnad. Celler som ska transplanteras – till exempel till näthinnan eller till hjärnan – kan troligen också överleva och utvecklas bättre i en tredimensionell struktur, även om de sedan injiceras bara som celler i en lösning.

I forskningssamarbetet, där även biologen David O’Carroll ingår, har man nyligen publicerat sina resultat i tre olika internationella tidskrifter: Nanomedicine, Journals of Biomaterials and Nanobiotechnology och Molecular and Cellular Neuroscience. De två första artiklarna beskriver studier utförda på humana hjärnstamceller, medan den tredje handlar om ett försök med näthinneceller.

Three-dimensional functional human neuronal networks in uncompressed low-density electrospun fiber scaffolds
Tailor-Made Electrospun Culture Scaffolds Control Human Neural Progenitor Cell Behavior—Studies on Cellular Migration and Phenotypic Differentiation

Kontakta:

Ulrica Englund Johansson, Institutionen för kliniska vetenskaper i Lund, Lunds universitet 0703 94 22 05, ulrica.englund_johansson@med.lu.se

Fredrik Johansson, Biologiska institutionen, Lunds universitet
070 665 62 28, per_fredrik.johansson@biol.lu.se

Celler växer naturligare i spagetti-strukturer

 lästid ~ 3 min