Биомедицинские исследователи из Принстонского университета разработали устройство, которое дистанционно контролирует движение живых клеток, манипулируя электрическими полями, имитируя те, которые обнаруживаются в теле во время заживления. Устройство, называемое пространственно-временным клеточным HErding с электрохимическими потенциалами для динамической ориентации гальванотаксиса (SCHEEPDOG), может открыть новые возможности для тканевой инженерии, включая подходы к заживлению ран, восстановлению кровеносных сосудов и «склеиванию» тканей.
Ученые давно знают, что естественные электрохимические сигналы в организме влияют на движение, рост и развитие клеток — явление, известное как электротаксис. Это поведение не так хорошо изучено, как хемотаксис, при котором клетки реагируют на химические концентрации. Одной из причин, по которой электротаксис остается относительно неисследованным, является отсутствие доступных инструментов для мониторинга реакции клеток на электрические поля.
Новое устройство, собранное из недорогих и доступных деталей, позволяет исследователям надежно и многократно манипулировать и измерять движения культивируемых клеток. SCHEEPDOG содержит две пары электродов, которые генерируют электрические поля вдоль горизонтальной и вертикальной осей, регистрирующие датчики, которые измеряют напряжения, и защитный барьер, который удерживает ячейки изолированными от побочных химических продуктов электродов. Уровень напряжения в электродах аналогичен уровню заряда батареи типа АА, сосредоточенной над камерой шириной в сантиметр, содержащей элементы.
«Это что-то вроде Etch A Sketch», — говорит Том Зайдель, исследователь из Принстона. «У нас есть горизонтальные и вертикальные ручки, и мы можем заставить клетки отслеживать произвольные траектории во всем 2D-пространстве, просто используя эти две ручки».
Команда провела тестирование SCHEEPDOG, используя клетки кожи млекопитающих и эпителиальные клетки слизистой оболочки почки, которые часто используются для изучения коллективных движений клеток. Они обнаружили, что в ячейках усредненные по времени сигналы генерировались вдоль двух осей за периоды около 20 сек. включение вертикального электрического поля на 15 сек. и горизонтального поля в течение 5 секунд, например, заставит клетки мигрировать более вертикально, чем горизонтально.
Команда теперь использует устройство в различных типах клеток и ситуациях. Например, одна группа ученых изучала влияние клеточных движений на прилипшие к другим клеткам клетки (адгезия). Это может быть важно для понимания и возможного контроля регенерации кожи, кровеносных сосудов и нервов.
Применение инженерных принципов для понимания и контроля электротаксиса углубит понимание его роли не только в движении клеток, но также и в росте и дифференцировке. Хотя современные передовые методы регенерации тканей обычно предусматривают предварительное структурирование новых тканей, это может быть лучшим подходом для «склеивания» тканей с помощью электрических полей.
