Ny enhet förbättrar genereringen av stamceller för behandling av Alzheimers

Forskare i Sverige säger att de har fulländat en teknik för att omvandla normala hudceller till neurala stamceller, som de tror närmar sig prisvärda personliga cellterapier för att behandla Alzheimers sjukdom och Parkinson.

Med hjälp av en specialdesignad mikrofluidisk enhet har forskargruppen utvecklat ett aldrig tidigare skådat och accelererat tillvägagångssätt för att omprogrammera mänskliga hudceller till inducerade pluripotenta stamceller (iPSC) och sedan utveckla dem till neurala stamceller.

Studiens första författare, Saumey Jain, säger att plattformen skulle kunna förbättra och minska kostnaderna för cellterapi genom att göra cellerna lättare kompatibla och accepterade av patientens kropp. Studien publicerades i Advanced Science av forskare från Kungliga Tekniska Högskolan KTH.

Anna Herland, seniorförfattare till studien, sa att studien visade den första användningen av mikrofluidik för att vägleda iPSCs att bli neurala stamceller.

Neurala stamceller differentierade med hjälp av en mikrofluidisk plattform. Foto: Kungliga Tekniska Högskolan

Omvandlingen av vanliga celler till neurala stamceller är faktiskt en process i två steg. Celler exponeras först för biokemiska signaler som inducerar dem till pluripotenta stamceller (iPSCs), som kan generera olika celltyper.

De överförs sedan till en kultur som efterliknar de signaler och utvecklingsprocesser som är involverade i bildandet av nervsystemet. Detta stadium, som kallas neural differentiering, omdirigerar celler mot den neurala stamcellsvägen.

Under de senaste tio åren har laboratoriemiljöer för sådant arbete gradvis övergått från traditionella plattor till mikrofluidiska enheter. Herland säger att den nya plattformen representerar en förbättring av mikrofluidik för båda stegen: generering av iPSC och differentiering av neurala stamceller.

Med hjälp av celler från humana hudbiopsier fann forskarna att den mikrofluidiska plattformen gjorde det möjligt för celler att förbinda sig till ett neuralt öde i ett tidigare skede än de som differentieras i konventionella plattor.

"Vi dokumenterar att den begränsade miljön i den mikrofluidiska plattformen ökar engagemanget för att generera neurala stamceller", säger Herland.

Den närmaste bilden av ett mikrofluidchip som används för stamcellsinduktion. Foto: Kungliga Tekniska Högskolan

Jain säger att mikrofluidchipset enkelt kan tillverkas med polydimetylsiloxan (PDMS), och dess mikroskopiska storlek ger betydande besparingar på reagenser och cellulärt material.

Plattformen kan enkelt modifieras för att anpassa sig till differentiering till andra celltyper, tillägger han. Det kan automatiseras, vilket ger ett slutet system som säkerställer konsekvens och tillförlitlighet i produktionen av mycket enhetliga populationer av celler.

Översikt över forskning inklusive tillverkning av enheter, omprogrammering av somatiska celler till inducerade pluripotenta stamceller (iPSCs) och neural induktion av iPSCs med hjälp av det dubbla SMAD-hämningsprotokollet för att generera neurala stamceller.
a) Tillverkningsprocess av en mikrofluidisk enhet med 0,4 och 0,6 mm höga kanaler för somatisk cellomprogrammering (R) respektive neural induktion (N). Kanalvolymer och total volym anges i tabellen.
b) Översikt över processen att omprogrammera somatiska celler till iPSCs på mikrofluidiska enheter och plattor med hjälp av mRNA-transfektion.
c) Översikt över processen för neural induktion av iPSC: er i neurala stamceller på mikrofluidiska enheter och plattor med användning av SMAD dual inhibition-protokollet.
Källa: Advanced Science (2024). DOI: 10.1002/advs.202401859

"Detta är ett steg mot att göra personliga cellterapier tillgängliga för Alzheimers och Parkinsons sjukdomar", tillägger Jain.

Forskare från Karolinska Institutet och Lunds universitet deltog också i studien och samarbetade i IndiCell-konsortiet.