Anzeige
But surfaces also matter, says Laura Kiessling, a professor of chemistry at the University of Wisconsin-Madison, who observes that living cells are normally in contact with each other and with a structure called the extracellular matrix, not just with the dissolved chemicals in their surroundings.
"Soluble factors are important, but cells normally interact with the extracellular matrix and with neighboring cells, and these have not been considered in most efforts to refine growth conditions," says Kiessling. "We wanted to know, can we replace the neighboring cells and extracellular matrix with synthetics?"
Creating a more precise system for growing cells offers both theoretical and practical advantages, Kiessling says. First, it would reduce uncertainty in experiments by simplifying conditions. Second, it would remove the risk of biological contamination like viruses, so the cultured cells could be used in medicine. Third, new surfaces that improve the control over cell growth and development could facilitate the formation of artificial tissues, which are complex assemblies of different cell types.
In a talk on Aug. 28 to the annual meeting of the American Chemical Society in Denver, Kiessling outlined two areas of progress from her lab at UW-Madison. One series of experiments used a lab dish decorated with molecules called peptides to amplify the response of cells to a growth factor called transforming growth factor beta (TGF-beta). TGF-beta can affect healing, cell division and transformation into a more specialized cell or into a tumor cell, Kiessling notes, so TGF-beta can be helpful or harmful in different situations.
After screening thousands of potential anchors, Kiessling, graduate student Joe Klim, former graduate student Lingyin Li and colleagues found a peptide that would safely hold the cells in place and simultaneously make them extremely sensitive to TGF-beta made by the cells themselves. "TGF-beta receptors have to assemble into a complex before TGF-beta sends its signal to the cell," says Kiessling. "We made surfaces that organized the receptors so they were especially sensitive to this growth factor when the cells were bound to the surface, and so the growth factor affects the cell at incredibly low levels, levels we cannot detect."
The secret, she says, lies in the preparation: The manufactured surface primes the cells to respond to tiny amounts of growth factor. "It's like the surface acts as an amplifier to allow the cells to sense the presence of the growth factor."
When they are grown on surfaces without the peptides, the cells used in the experiment are like skin cells, but when they are on the peptide surface, they detect the growth factor and transform into muscle-like cells. "That shows the power of this approach," says Kiessling. "We have a way to make cells do one thing if they are attached to this surface and another thing if they are not."
A second series of experiments concerned human embryonic stem cells — the versatile cells have the potential to form any cell type in the body. Since these cells were first identified in 1998 by James Thomson of UW-Madison, their therapeutic potential has remained tantalizingly difficult to reach, partly because they have been grown with substances derived from mice that could contain viruses or other pathogens.
While scientists have refined the liquid portion of the environment needed to grow and transform embryonic stem cells, the solid portion has received less attention. "Human embryonic stem cells need not only a defined medium, but also a defined substrate," Kiessling says. "Historically, the field has relied on mouse embryonic feeder cells and various mixtures of proteins isolated from mice, which contain who knows what in the way of viruses or other infectious particles."
Others have experimented with growing human embryonic stem cells on artificial surfaces, she says, "but there are some advantages to the surface we have found." She now has to move the defined peptides from the gold backing that she presently use to the polystyrene Petri dishes that are common in cell culture.
There are even hints that surfaces can also control the differentiation of stem cells, Kiessling adds.
"Our work highlights the fact that we can use a patterned surface itself to instruct the cells, which could be really useful for growing cells on a larger scale and differentiating them under defined conditions," Kiessling says. "Patterned surfaces are found throughout our tissues. Hair, eyes, brain, everywhere we have organized tissues, so if we want to grow different types of cells in ordered arrays to build up a tissue, we need the cells to be organized. We are not close to building a complicated tissue, but the first step is to localize specific types of cells where we want them. We've only scratched the surface of our ability to regulate and instruct cell growth and transformation using elaborately structured surfaces."
David Tenenbaum, 608-265-8549, djtenenb@wisc.edu
Laura Kiessling | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.wisc.edu
Weitere Berichte zu: cell growth > cell type > embryonic stem > embryonic stem cell > extracellular matrix > human embryonic stem cell > living cell > skin cell > stem cells > TGF-Beta
Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel
Der nukleare GAU ist wahrscheinlicher als gedacht
22.05.2012 | Max-Planck-Institut für Chemie
Unter Federführung der Empa erscheint ein neues Standardwerk, das die europäische Forschung an Nanopartikeln vereinheitlichen soll.
Exakte Laborvorschriften zur Herstellung definierter Nanopartikel und zu deren Analytik stellen die Arbeiten auf diesem Gebiet auf eine neue Grundlage und machen sie erstmals vergleichbar. Herausgeber ist Harald Krug, Leiter des Empa-Departements «Materials meet Life».
Das neue Standardwerk soll Schluss machen mit dem «babylonischen Sprachgewirr», das derzeit noch in der Nanoforschung ...
Bei rheumatischen Erkrankungen erlauben moderne bildgebende Verfahren weit mehr als nur die Darstellung der knöchernen Gelenkstrukturen.
Mit funktionellen Untersuchungsmethoden wie der hochauflösenden Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) können pathologische Knochenumbauvorgänge bereits sehr früh nachgewiesen werden, mitunter schon zu einem Zeitpunkt, zu dem selbst die MRT-Diagnostik noch unauffällig ist. Eine Studie der Universitätsradiologie Düsseldorf, die jetzt auf dem 93. Deutschen Röntgenkongress vorgestellt wurde.
In der Rheumatologie hat sich in den letzten ...
Wirkmechanismus eines der ältesten Arzneimittel der Menschheit aufgeklärt
Rizinusöl ist vor allem als effektives Abführmittel bekannt, wurde aber auch bereits in der Antike bei Schwangeren zur Förderung der Wehentätigkeit eingesetzt.
Erst jetzt ist es Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung gelungen, die entscheidenden Details des Wirkmechanismus zu entschlüsseln. Verantwortlich ist demnach ein Rezeptor mit dem Namen EP3 auf ...
Pünktlich zum morgigen Weltschildkrötentag wird die Artenliste der Panzerträger um zwei Namen reicher.
Wissenschaftler des Senckenberg Forschungsinstitutes in Dresden haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam zwei neue Arten der afrikanischen Gelenkschildkröte identifiziert. Die zugehörige Studie ist kürzlich im Fachjournal „Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research“ erschienen.
Gelenkschildkröten sind die Bewegungskünstler unter den landlebenden Schildkröten. Aufgrund eines Scharniers im Rückenpanzer können die in Afrika ...
Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat einen neuartigen molekularen Schalter im Gehirn identifiziert, der eine wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus spielt, der Unterregion im Hippocampus, in der lebenslang Nervenzellen aus neuralen Stammzellen gebildet werden.
„Unsere Untersuchungen beschreiben erstmals einen neuen und letztlich unerwarteten Signalweg bei der Regulation der Neurogenese im Hippocampus“, sagt Professor Stefan Britsch, Direktor des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie, der die Arbeit dieser Tage gemeinsam mit Dr. Ruth Simon im international renommierten Fachblatt EMBO-Journal veröffentlicht. An dem von der Deutschen ...
Anzeige
Anzeige

Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Researchers Improve Fast-Moving Mobile Networks
22.05.2012 | Kommunikation Medien
New microscope uses rainbow of light to image the flow of individual blood cells
22.05.2012 | Medizintechnik
Bericht zum Lachsmanagement: Die BLE auf der NASCO-Jahrestagung
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Plagiate und wissenschaftliches Fehlverhalten
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Der IdeenPark weckt Begeisterung für Technik
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten