Terapia przeszczepem komórek zyskała szeroką uwagę w leczeniu różnych nieuleczalnych chorób. Aktywność i okres półtrwania czynników bioaktywnych wydzielanych przez przeszczepione komórki są kluczowe dla poprawy skuteczności terapeutycznej systemu transplantacji komórkowej. Modyfikacja genetyczna komórek przed transplantacją jest korzystną techniką pozwalającą regulować i manipulować funkcjami komórkowymi, w tym wydzielaniem czynników bioaktywnych. Ważne jest również utrzymanie korzystnego mikrośrodowiska dla komórek, aby zapobiec ich obumarciu lub utracie aktywności. Trójwymiarowa (3D) hodowla sferoidów komórkowych, w której zachowane są oddziaływania międzykomórkowe, jest obiecująca w tym celu, na przykład w celu zwiększenia wydzielania albuminy przez pierwotne hepatocyty oraz promowania różnicowania wieloliniowego mezenchymalnych komórek macierzystych (MSCs) 1-7.
W niniejszym badaniu zastosowano nowatorski system łączący hodowlę sferoidów i transfekcję genów, który służy jako platforma do transplantacji genetycznie zmodyfikowanych komórek. Do tworzenia sferoidów komórkowych wykorzystano system hodowli sferoidów na płytkach hodowlanych z mikrowzorcem. Na płytkach tych obszary adhezji komórkowej o średnicy 100 µm są rozmieszczone regularnie w układzie dwuwymiarowym i otoczone obszarami nieadhezyjnymi pokrytymi macierzą PEG3. Poprzez wysianie odpowiedniej liczby komórek, zgodnie z mikrowzorcem podłoża hodowlanego, powstają macierze trójwymiarowych sferoidów o średnicy 100 µm.
Sferoidy są odzyskiwane bez naruszania ich struktury 3D przy użyciu termoczułych płytek do hodowli komórkowych, które zostały powleczone termoczułym polimerem, poli(izopropyloniamidem) (PIPAAm) 8-10. Mikrostruktura wzorca jest tworzona na płytkach termoczułych (wykonanych na zamówienie). Poprzez samo obniżenie temperatury płytek, sferoidy odrywają się od podłoża hodowlanego i ulegają dyspersji w roztworze soli fizjologicznej z buforem fosforanowym (PBS). W ten sposób można uzyskać dużą liczbę sferoidów o jednolitym rozmiarze 100 µm w formie zawiesiny do iniekcji.

Rycina 1. Schematyczna prezentacja systemu hodowli sferoidów na płytce z mikrowzorami.Modyfikacja genetyczna jest realizowana poprzez transfekcję genów przy użyciu oryginalnego niewirusowego nośnika genów – nanomiceli polipleksowej. Składa się ona z plazmidowego DNA (pDNA) oraz blokowych kopolimerów polietylenoglikolu (PEG) i polikationów11. Posiadają one charakterystyczną strukturę rdzeń-otoczka, składającą się z otoczki PEG i wewnętrznego rdzenia skondensowanego pDNA, co umożliwia bezpieczne i skuteczne wprowadzanie genów do komórek w celach terapeutycznych11. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2. Struktura nanomiceli polipleksu utworzonej przez kompleks kwasów nukleinowych i kopolimerów blokowych PEG-blok-polikationu. W niniejszym badaniu główną zaletą tej techniki jest to, że struktura sferoidu nie ulega zaburzeniu podczas transfekcji genów za pomocą nanomiceli. Po transfekcjach sferoidów pierwotnych hepatocytów szczura za pomocą nanomiceli uzyskano przedłużoną ekspresję transgenu przez ponad miesiąc, z ciągłą sekrecją albuminy z hepatocytów na poziomie porównywalnym do sferoidów nietransfekowanych12. Ekspresja transgenu i sekrecja albuminy ze sferoidów są utrzymywane również po odzyskaniu ich z płytek termosensytywnych. Jest oczywiste, że nanomicele mogą bezpiecznie ułatwiać wprowadzanie genów bez upośledzania wrodzonych funkcji hepatocytów. Zatem połączenie hodowli komórek sferoidalnych na termosensytywnych płytkach z mikrowzorami oraz wprowadzania genów za pomocą nanomiceli stanowi obiecującą platformę dla transplantacji genetycznie zmodyfikowanych komórek. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.