Группа исследователей из Медицинской школы Университета Индианы разработала устройство с силиконовыми наночипами, способное преобразовывать ткани кожи в кровеносные сосуды или нервные клетки. Устройство буквально способно перепрограммировать клетки организма в соответствии с потребностями пациента. Его разработчики надеются быстро получить одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, чтобы использовать его для клинических исследований на людях.
В лабораторных исследованиях на мышах устройство смогло преобразовать кожную ткань в кровеносные сосуды для ухода за поврежденной конечностью, система кровообращения которой была повреждена. В настоящее время проводятся дальнейшие эксперименты, чтобы оценить потенциал этого устройства для различных видов терапии, таких как восстановление повреждения головного мозга или предотвращение и устранение повреждения нерва.
Эта технология, называемая «тканевой нанотрансфекцией», представляет собой технологию электромоторного переноса генов; Устройство оснащено массивом полых кремниевых игл, которые могут доставлять (через слабый электрический разряд) плазмиды - молекулы ДНК, способные к автономной репликации и участвующие в горизонтальном переносе генов - на определенную глубину кожи, в доли Второй.
Менее инвазивный и менее рискованный подход
Технология разрабатывалась более пяти лет, и теперь ее можно производить полностью воспроизводимым способом, говорят исследователи: в статье, опубликованной на прошлой неделе в журнале Nature Protocols, Чандан Сен, директор Центр регенеративной медицины и инженерии Индианы и его команда описывают технические детали для изготовления необходимого оборудования - протокол, которому может следовать «любой компетентный в этой области», - говорит Чандан Сен. Процесс изготовления чипа обычно занимает 5-6 дней.
«Этот отчет о том, как производить именно эти чипы для нанотрансфекции тканей, позволит другим исследователям принять участие в этой новой разработке в области регенеративной медицины», - сказал Сен. Поскольку она действительно позволяет изменять функции различных частей тела, эта инновационная технология вскоре может помочь в лечении различных проблем со здоровьем; это было бы особенно полезно в неотложной медицине, в больнице или в военных условиях. Остается только получить зеленый свет от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, которое должно одобрить использование наночипа в течение года, надеется Сен.
Эта нанотрансфекция тканей - настоящий прорыв в области регенерации клеток. В течение нескольких лет этот тип лечения в основном основывался на использовании плюрипотентных стволовых клеток, типичных для эмбриональных тканей, полученных из специализированных зрелых клеток. Эти стволовые клетки обладают большим терапевтическим потенциалом, так как затем их можно индуцировать для развития в различные клетки, ткани и (в конечном итоге) органы, которые будут полностью совместимы с пациентом, что устраняет проблему отторжения тканей или поиска доноров.
Этот подход, однако, требует сложных лабораторных процедур и, как и любые манипуляции с клетками, может представлять определенный риск, включая риск образования раковых клеток. Поэтому было необходимо разработать более простой и менее инвазивный метод.
Определенный интерес к гражданской и военной медицине
Технология, предложенная Сеном и его командой, полностью соответствует этой цели, ведь речь здесь идет об освобождении от любых манипуляций, проводимых в лаборатории: при нанотрансфекции тканей тело человека становится собственный сотовый программатор. Кремниевый наночип имеет множество каналов, заканчивающихся сетью микроигл; он увенчан прямоугольным резервуаром, содержащим определенные гены.
Благодаря сфокусированному электрическому заряду эти гены внедряются на нужную глубину в ткань и модифицируют клетки, превращая участок в настоящий маленький «биореактор»; клетки перепрограммируются в разные типы или в многоклеточные структуры (кровеносные сосуды или нервы) без каких-либо дополнительных манипуляций! По словам разработчиков, нанотрансфекция тканей in vivo занимает около тридцати минут. После образования клетки и ткани могут помочь восстановить повреждения локально и даже в других частях тела, включая мозг.
Одобрение FDA проложит путь для клинических исследований на людях. Потенциальные области применения в гражданской и военной медицине очень широки: от лечения повреждений головного мозга, вызванных инсультом, до лечения повреждений нервов, вызванных диабетом.