开发支持干细胞的合成材料

由于近20年前在威斯康星大学麦迪逊分校发现了多种多样的人类干细胞，因此他们进入市场和诊所的途径因一系列并发症而减缓。

胚胎干细胞和诱导多能干细胞都因其在体内形成任何细胞的能力而受到重视。

本周，威斯康星大学麦迪逊分校的一份研究小组在Nature Biomedical Engineering上报道说，他们在更广泛使用干细胞的道路上遇到了重大障碍。使用他们设计的自动化筛选测试，生物医学工程教授William Murphy及其同事Eric Nguyen和William Daly发明了一种全化学替代物，用于混淆甚至危险的物质，现在用于生长这些精细细胞。

“我们开始创造一种简单，完全合成的材料，可以支持干细胞而不会出现意想不到的影响和缺乏可重复性的问题，”墨菲说。

干细胞响应化学信号，触发它们发育成大脑，肌肉和血管中的特化细胞。在实验室中，研究人员使用“基质”材料将细胞锚定在适当位置并允许必要的信号传导。Matrigel是目前最受欢迎的这些底物，是一种源自小鼠肿瘤的复合炖肉。“Matrigel可以是一种非常强大的物质，因为它包含超过1,500种不同的蛋白质，”墨菲说，“这些可以通过多种方式影响细胞行为。Matrigel已被用作瑞士军刀用于培养细胞和组装组织，但由于它是如此复杂的材料，因此存在重复性方面的实质性问题。“

鉴于其生物学起源，Matrigel可携带病原体或其他危害。在已经获得两项美国专利的进展中，Murphy的研究小组开发了以下新基质：

- 提高干细胞用于再生医学的各种用途。因为基质完全由化学物质产生，所以消除了现有基质中由小鼠蛋白质引起的危险和混乱

- 来自干细胞的静脉和动脉生长，可用作评估药物毒性或发现影响血管生长的药物的试验台(例如通过阻止血管生长“饥饿”肿瘤的药物)。药物对血管发育的广泛毒性是为什么许多药物不能被怀孕妇女使用的原因之一。来自干细胞的血管细胞也可以提供一种新的方法来筛选环境化学物质的血管毒性，这就解释了为什么环境保护局与美国国立卫生研究院一起资助墨菲的工作。

为了找到一种改进的化学物质，当它们变成专门的细胞时，它们可以容纳和支持干细胞，墨菲使用机器人仪器在玻璃载玻片上喷射超过100种材料的阵列。“我们开发了一种工艺，使我们能够在一张幻灯片上测试一系列材料 - 每种材料在刚度或连接干细胞的能力方面略有不同，”他说。“它是自动化的，使用液体处理机器人，我们可以在一个月内筛选数百种材料;我们现在可以在一周内完成。“

在”过去的日子里，“墨菲说，每个实验只能筛选大约10种材料，这意味着他们目前的每周筛选需要数年时间。

Stem Pharm的联合创始人兼首席科学官Murphy表示，一家名为Stem Pharm的UW-Madison子公司已获得威斯康星州校友研究基金会的材料专利，并开始将该系统出售给制药公司和科研机构。“越来越多的制药公司正在将创新外部化，因为在内部，他们没有像以前那么多的创新能力，”墨菲说。“许多公司表示非常有兴趣远离Matrigel，我们的血管筛查产品已经在多个地方成功进行了beta测试。”

干细胞寻找更好的生长基质似乎不如首先识别细胞那么性感，但这是必须清除的障碍之一，因此这些超灵活的细胞可以发挥其潜力，Murphy说，他是联合主任威斯康星大学麦迪逊分校的干细胞和再生医学中心。“实现人类干细胞承诺的下一步是更有效地制造细胞本身及其产生的组织。我们已经证明，简单的材料可以作为干细胞制造的凿子和锤子。“