Новый биореактор для культивирования гемопоэтических стволовых клеток имитирует костный мозг

Микроокружение костного мозга играет неотъемлемую роль в регуляции гемопоэза. Находящиеся там стромальные клетки и экстрацеллюлярный матрикс являются источником биологических сигналов, контролирующих функции гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). В этом исследовании ученые разработали биомиметическую платформу для ко-культивирования клеток на основе биореактора с системой полых волокон (hollow fiber bioreactor, HFBR). Эту систему использовали для in vitro культивирования ГСК пуповинной крови.

Авторы изучили эффективность разработанной платформы в сравнении со стандартными системами на основе полистирола для культивирования тканей (tissue culture polystyrene, TCP). Исходным материалом для экспансии служили клетки человеческой пуповинной крови, не несущие линейных маркеров (Lin-). В качестве фидерного слоя использовали линию человеческих стромальных клеток (HS-5), культивирование проводили в бессывороточной среде с добавлением SCF, TPO, FL и IL-3.

Полученные результаты показали, что культуральная система на основе HFBR сравнима по производительности с контрольной системой, так как позволяла достигнуть такого же увеличения общего количества клеток и количества CD34+ прогениторных клеток. Клетки, полученные при культивировании в биореакторе с системой полых волокон, обладали выраженной клоногенной активностью. Исследования с восстановлением гемопоэза у гуманизированных мышей продемонстрировали сходную эффективность клеток, культивированных в HFBR-системе и в контрольной системе на основе TCP. Микрофотографии, сделанные с помощью растрового электронного микроскопа, показали, что рост стромальных клеток внутри HFBR создает трехмерную архитектуру из клеток и матрикса.

Схема биореактора с системой полых фолокон и его микрофотографии, сделанные с помощью растрового электронного микроскопа. (А) Вид системы сбоку, указано расположение боковых и торцевых портов. (С) Поперечное сечение системы, указаны интракапиллярные и экстракапиллярные пространства. (В) Микрофотографии, сделанные с помощью растрового электронного микроскопа. Мембраны волокон, заселенных стромальными клетками, зафиксированы, обезвожены и покрыты золотым напылением для проведения микроскопии. Эксперимент был повторен трижды.

Исследователи продемонстрировали, что применение новой системы культивирования на основе биореактора с системой полых волокон возможно для создания комплексной трехмерной архитектуры, состоящей из клеток и экстрацеллюлярного матрикса. Такая структура способна эффективно имитировать костный мозг in vitro и поддерживать крупномасштабную экспансию гемопоэтических стволовых клеток пуповинной крови.

Литература

Xue C, Kwek KY, Chan JK, Chen Q, Lim M. The hollow fiber bioreactor as a stroma-supported, serum-free ex vivo expansion platform for human umbilicalcord blood cells. Biotechnol J. 2014 Jan 22. doi: 10.1002/biot.201300320. [Epub ahead of print]

Абстракт