Абдул Латиф Джамиль Лаборатория по борьбе с бедностью (J-PAL) Институт Пиковера по изучению обучения и памяти Школа гуманитарных, художественных и социальных наук Шварцмановский колледж вычислительной техники MIT

Улучшенный способ отделения клеток от поверхностей культур

Адгезивно-зависимые клетки — это клетки, которым для выживания, роста и размножения требуется физическое прикрепление к твердой поверхности, например к чашке Петри. В биомедицинской отрасли и других сферах способность культивировать такие клетки имеет решающее значение, однако существующие методы отделения клеток от поверхностей могут вызывать стресс и снижать жизнеспособность клеток.

«В фармацевтической и биотехнологической отраслях клетки обычно отрывают от поверхности культуры с помощью ферментов — процесс сопровождается множеством проблем», — говорит Крипа Варанаси, профессор машиностроения MIT. «Ферментативная обработка может повредить нежные клеточные мембраны и поверхностные белки, особенно у первичных клеток, и часто требует нескольких этапов, что делает рабочий процесс медленным и трудоемким».

Существующие подходы также требуют больших объемов расходных материалов, что приводит к образованию, по оценкам, 300 миллионов литров отходов культур клеток ежегодно. Кроме того, поскольку эти ферменты часто получают из животных, они могут вызывать проблемы совместимости для клеток, предназначенных для терапий человека, ограничивая масштабируемость и возможности высокопроизводительного производства в современной биопроизводственной отрасли.

Варанаси является автором переписки в новой статье в журнале ACS Nano, в которой исследователи из кафедры машиностроения MIT и программы по раку в Институте Броуда при Гарварде и MIT представляют новый метод отделения клеток от поверхностей культур без использования ферментов. Метод работает за счет применения переменного электрохимического тока на проводящем биосовместимом полимерном нанокомпозите.

«При приложении низкочастотного переменного напряжения наша платформа нарушает адгезию в течение нескольких минут, при этом сохраняя жизнеспособность клеток выше 90 процентов — это преодолевает ограничения ферментативных и механических методов, которые могут повредить клетки или генерировать избыток отходов», — говорит Варанаси.

Помимо упрощения рутинного клеточного культивирования, подход может преобразовать масштабное биопроизводство, обеспечив автоматизированные и ориентированные на предотвращение контаминации рабочие процессы для клеточных терапий, тканевой инженерии и регенеративной медицины. Платформа также обеспечивает путь для безопасного расширения и сбора чувствительных иммунных клеток для таких приложений, как CAR-T терапия.

«Поскольку наш электрически настраиваемый интерфейс может динамически формировать ионный микроокружение вокруг клеток, он также предлагает мощные возможности для управления ионными каналами, изучения сигнальных путей и интеграции с биоэлектронными системами для высокопроизводительного скрининга препаратов, регенеративной медицины и персонализированных терапий», — объясняет Варанаси.

«Наша работа показывает, как электрохимию можно использовать не только для научных открытий, но и для масштабируемых практических применений», — говорит Ван Хи (Урен) Ли, постдок MIT и со-автор статьи. «Переводя электрохимический контроль в биопроизводство, мы закладываем основы технологий, которые могут ускорить автоматизацию, сократить отходы и в конечном итоге позволить создавать новые отрасли, основанные на устойчивой и точной обработке».

Берт Вандерейдт, со-автор и исследователь машиностроения в MIT, подчеркивает потенциал для промышленной масштабируемости. «Поскольку этот метод можно равномерно применять на больших площадях, он идеален для высокопроизводительных и крупномасштабных применений, таких как производство клеточных терапий. Мы представляем, что он позволит создать полностью автоматизированные закрытые системы культивирования клеток в ближайшем будущем».

Юэн-И (Муни) Ценг, ведущий исследователь в Институте Броуда и соавтор проекта, отмечает биомедицинскую значимость. «Эта платформа открывает новые возможности для культивирования и сбора деликатных первичных или раковых клеток. Она может оптимизировать рабочие процессы в исследовательском и клиническом биопроизводстве, снизив вариабельность и сохранив функциональность клеток для терапевтического применения».

Промышленные применения адгезивных клеток включают использование в биомедицинском, фармацевтическом и косметическом секторах. Для этого исследования команда тестировала новый метод на клетках человеческого рака, включая клетки остеосаркомы и рака яичников. После определения оптимальной частоты эффективность отделения для обоих типов клеток увеличилась с 1 процента до 95 процентов, при этом жизнеспособность клеток превысила 90 процентов.

Статья «Переменное электрохимическое редокс-циклирование на нанокомпозитном биоинтерфейсе для высокоэффективного фермент-свободного отделения клеток» опубликована в журнале ACS Nano Американского химического общества.

Кафедра машиностроения Инженеры MIT решили проблему прилипания клеток в биореакторах и других отраслях Крипа Варанаси назначен директором факультета Центра технологических инноваций Дешпандэ Технология, разработанная инженерами MIT, позволяет пестицидам прочно удерживаться на листьях растений Обеспечение «кристально чистого» взгляда ИИ на мир материалов Формирование сообщества среди инноваций на Кендалл-сквер Сьюзи Нельсон преобразила студенческую жизнь в MIT Лидеры студенческого совета MIT: интервью с президентом Ассоциации студенческих мероприятий Ханой Соуза Отчет о состоянии устойчивости цепочек поставок показывает рекордный уровень приверженности компаний, но отставание в управлении Модель ИИ расшифровывает язык, на котором клетки общаются

Massachusetts Institute of Technology 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA, USA