Micro-Maßstab Engineering for Cell Biology

Joel Goldman. Ich bin außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Informatik am MIT. Ich bin seit fünf Jahren hier.

Und im Allgemeinen arbeiten wir an einer Mischung aus mikroskaligem Engineering, das auf die Zellbiologie angewendet wird. Unsere Forschung konzentriert sich auf zwei Hauptbereiche. Eine davon ist die Zellzytometrie im Allgemeinen, bei der es um die Herstellung von Mikroplattformen zur Sortierung von Zellen geht.

Vieles davon basiert auf der Fähigkeit, nach der Mikroskopie zu sortieren, also in der Lage zu sein, verschiedene Zellen abzubilden und dann zu isolieren, oder in der Lage zu sein, vorgeschriebene Arrays von Zellen in Bezug auf Zelltyp A zusammen mit Zelltyp B herzustellen, die Stimulus C ausgesetzt sind, diese Art von Funktionalitäten. Und dann konzentriert sich die andere Hälfte des Labors auf Mikrotechnologien für die Stammzellbiologie. Und dort geht es vor allem um embryonale Stammzellen und vor allem um die Selbsterneuerung.

Und wir machen ein paar verschiedene Dinge. Wir machen eine mikrofluidische Kultur, bei der wir die Perfusion der Flüssigkeit verwenden, um zu versuchen, eine bessere Kontrolle über die diffusible Signalübertragung zu bekommen. Und wir führen Muster von Kolonien durch, um die Interaktionen zwischen Kolonien kontrollieren zu können.

Und dann machen wir die Musterung von Zellen und hier kommt der Bio-Flip-Chip ins Spiel, der im Wesentlichen einzelne Zellen transportiert und sie in definierte Konfigurationen bringt. Sie auf dem Teller zu studieren ist ein fantastischer Ansatz, und wir haben in den letzten 25 Jahren eine ganze Menge über die Stammzellbiologie lernen können, indem wir Dinge auf dem Teller gemacht haben. Es ist also ein großartiger Ansatz und wenn er funktioniert, sollten Sie ihn auch umsetzen.

Aber es gibt einige Zeiten, in denen die zusätzliche Kontrolle durch die Steuerung bis hinunter zu den Längenskalen von Zellen wichtig ist. Und es ist nicht allzu schwer, sich vorzustellen, wenn man darüber nachdenkt, wie streng die Entwicklung in vivo reguliert ist, dass es für die Gewebeentwicklung wichtig sein wird, in der Lage zu sein, zu kontrollieren, mit wem die Zellen sprechen, worauf die Zellen sitzen und worin die Zellen gebadet werden, und zwar in einer zeitabhängigen Weise auf der Ebene der Zellen. Morphogenese, diese Art von Ereignissen, es ist schön, wenn man eine Therapie entwickelt, um die grundlegende Biologie wirklich zu verstehen, warum etwas passiert.

Und so sind viele unserer Geräte dazu gedacht, in der Lage zu sein, diese grundlegenden Fragen zu enträtseln, wie zum Beispiel: Warum erneuern sich Zellen, warum embryonale Stammzellen selbst? Selbsterneuerung versus Differenzierung. Und dann gibt es auch noch das Problem, wenn man versucht, die Produktion zu skalieren, dann möchte man verstehen, welche Faktoren bei dieser Skalierung wichtig sind.

Und zum Beispiel, dass der Bio-Flip-Chip, wir fangen an, die Fragen zu stellen, in welcher Situation, wie man die Zellen vermehren muss, um das zu maximieren, woran man interessiert ist, undifferenziert, diese Beschichtungseffizienz, und so weiter und so fort. Also diese Art von Problemen. Und dann ist der dritte Zusammenhang, wissen Sie, die ganze Reihe von Fragen, warum sich Maus-IC-Stammzellen von menschlichen IC-Stammzellen unterscheiden.

Wie unterscheiden sie sich? Handelt es sich um ein Kulturartefakt? Ist es grundlegend?

Diese Art von Fragen. Ich denke, in den nächsten fünf bis 10 Jahren wird es tatsächlich neue Therapien geben, die aus embryonalen Stammzellen stammen, was meiner Meinung nach noch nicht gezeigt wurde. Aber wissen Sie, ein Teil der Arbeit in Bezug auf die Neuprogrammierung, die in letzter Zeit herausgekommen ist, und einige der Endpunkte, zu denen die Leute gelangen können, sind sehr, sehr beeindruckend.

Ich denke also, dass ich vor ein paar Jahren gesagt hätte, dass es noch 20 Jahre entfernt ist, aber jetzt denke ich, dass es eher fünf bis zehn Jahre sind.