07:00 
Ученые из Мельбурна обнаружили, как крошечные электрические импульсы могут управлять стволовыми клетками по мере их роста, открывая дверь к новым усовершенствованным способам создания новых тканей, органов, нервов и костей.
Доктор Эми Гельми, старший преподаватель Школы науки Университета RMIT, возглавила работу с использованием передовой атомно-силовой микроскопии, чтобы отслеживать, как стволовые клетки меняют свою структуру под воздействием электрической стимуляции.
исследование впервые показывает, как живые стволовые клетки физически реагируют на внешние сигналы в режиме реального времени, меняя свою форму в течение нескольких минут и вызывая изменения, которые влияют на то, каким типом клеток они в конечном итоге становятся.
«Стволовые клетки являются частью всех нас – даже взрослых – в наших костях и в нашей жировой ткани», — сказал Гельми, который также является сотрудником Центра медицинских открытий Айкенхеда (ACMD) в больнице Святого Винсента в Мельбурне.
Эти крошечные клетки — это наша собственная маленькая исцеляющая сверхсила, способная формировать множество различных частей нашего тела — если только мы сможем придумать, как приказать им измениться».
Доктор Эми Гельми, старший преподаватель Школы наук Университета RMIT
Одна из областей, над которой работает команда, — это понимание того, как стволовые клетки реагируют на физические и электрические сигналы, а не на традиционные химические вещества. Это может помочь исследователям создавать материалы, которые лучше имитируют естественную среду тела — важный шаг на пути к инженерным тканям и органов.
"Большинство исследователей используют химические вещества для контроля развития стволовых клеток - например, кормят клетки специальными растворами для создания мышц или костей", - сказал Гельми.
"Это может работать, но имеет свои ограничения".
Исследования команды сейчас направлены на то, чтобы показать, что стволовые клетки не просто реагируют химически, показывая клетки, воспринимающие и реагирующие на крошечные электрические сигналы, - сказал со-исследователь доктор Питер Шеррелл.
" точно контролируя эти сигналы, мы можем начать определять, как ведут себя клетки и во что они могут превратиться, будь то костная, нервная или мышечная ткань», — сказал Шеррелл из Школы науки.
«Это действительно многообещающе для тканевой инженерии и регенеративной медицины».
Исследование показывает, что даже незначительные электрические изменения могут изменить жесткость и форму внутреннего скелета клетки, что, в свою очередь, влияет на ее развитие.
Команда RMIT работала с доктором Джозефом Берри из Мельбурнского университета, чтобы смоделировать, как клетки преобразуют физическую стимуляцию в биологические реакции. Другими соавторами являются Кайвен Чжан, Чайла Ривз и Аарон Элбурн из Школы науки RMIT и Кейт Фокс из Инженерной школы.
"Объединив экспериментальные данные с компьютерным моделированием, мы можем предсказать, как клетка будет реагировать на различные электрические модели", - сказал Берри.
"Это дает нам возможность дорожная карта для разработки материалов или устройств, которые общаются с клетками на языке, который они понимают».
Гельми сказала, что эта работа показала, как физика и биология все больше переплетаются в регенеративной медицине.
«Будущее восстановления тканей – это не только химия – речь идет о разработке материалов, которые могут чувствовать, общаться и адаптироваться», – сказала она.
Следующие шаги для промышленности и медицинских технологий
Исследование команда хочет сотрудничать с отраслевыми партнерами в области биотехнологий и медицинских устройств, чтобы воплотить открытие в практическое применение.
Потенциальное использование включает:
- умные имплантаты, в которых используются встроенные микроэлектроды для стимулирования восстановления костей или нервов;
- биореакторные системы, которые используют электрические сигналы для предварительного кондиционирования стволовых клеток перед имплантацией;
- материалы нового поколения, которые динамически адаптируются к телу по мере прогресса заживления.
"Наше лучшее понимание того, как электрические сигналы управляют поведением клеток, дает нам основу для разработки чувствительных материалов", - сказал Гельми.
"При правильном партнерстве с отраслью это может изменить наш подход к заживлению ран, интеграции имплантатов и даже регенерации органов".
