مهندسی نیچ سلول های بنیادی دربیوراکتور

سلول های بنیادی، از جمله سلول های بنیادی جنینی ، سلولهای بنیادی پرتوان القایی ، سلول های بنیادی مزانشیمی و سلولهای بنیادی مایع آمنیوتیک پتانسیل تکثیر و تمایز به انواع مختلف سلول ها را در بدن دارا می باشند. تمایز کارآمد سلول های بنیادی با عملکرد اختصاصی مورد نظر بافت برای درمان مبتنی بر سلول های بنیادی ، مهندسی بافت ، کشف دارو و مدل سازی بیماری ها بسیار مهم است .بیوراکتورها یک الگوی بسیارخوب را  برای تنظیم ریز محیط سلول های بنیادی ، که به " نیچ " معروف است، به منظورتاثیر برتعیین سرنوشت سلولهای بنیادی ارائه می کنند. فاکتورهای نیچ عبارتند از: عوامل تنظیمی مانند اکسیژن، ماتریکس خارج سلولی ( ترکیبی و فاقد سلول ) ، سیگنالینگ های اتوکرین / پاراکرین و نیروهای فیزیکی ( به عنوان مثال ، نیروی مکانیکی ، نیروی الکتریکی و جریان برشی ) . استفاده از بیوراکتورهای جدید با کنترل دقیق و تکرار فاکتورهای نیچ از طریق پارامترهای تنظیم کننده عملکرد راکتور ، می تواند تکثیر و تمایز کارآمد سلول های بنیادی را فعال کند. به تازگی، توسعه دستگاه های میکروفلوئیدی وهمچنین میکروبیوراکتورها  ابزار قدرتمندی را برای دستکاری ریز محیط سلول های بنیادی با تنظیم میزان جریان و شیب سیتوکینی فراهم می کنند. به طور کلی ، مهندسی راکتور می تواند برای تنظیم بهتر نیچ سلول های بنیادی که برای تکثیر و تمایز سلول های بنیادی و کاربردهای جدید زیست پزشکی مبتنی برسلول ضروری است، مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله عوامل مهمی که می تواند در بیوراکتور دقیق تر کنترل شوند و اثرات آنها بر مهندسی سلول های بنیادی مورد بررسی قرار می گیرد.

World J Stem Cells. 2013 Oct 26;5(4):124-135.

Engineering stem cell niches in bioreactors.

Liu M, Liu N, Zang R, Li Y, Yang ST.

Source

Meimei Liu, Ning Liu, Ru Zang, Shang-Tian Yang, William G Lowrie Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Ohio State University, Columbus, OH 43210, United States.

Abstract

Stem cells, including embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells, mesenchymal stem cells and amniotic fluid stem cells have the potential to be expanded and differentiated into various cell types in the body. Efficient differentiation of stem cells with the desired tissue-specific function is critical for stem cell-based cell therapy, tissue engineering, drug discovery and disease modeling. Bioreactors provide a great platform to regulate the stem cell microenvironment, known as "niches", to impact stem cell fate decision. The niche factors include the regulatory factors such as oxygen, extracellular matrix (synthetic and decellularized), paracrine/autocrine signaling and physical forces (i.e., mechanical force, electrical force and flow shear). The use of novel bioreactors with precise control and recapitulation of niche factors through modulating reactor operation parameters can enable efficient stem cell expansion and differentiation. Recently, the development of microfluidic devices and microbioreactors also provides powerful tools to manipulate the stem cell microenvironment by adjusting flow rate and cytokine gradients. In general, bioreactor engineering can be used to better modulate stem cell niches critical for stem cell expansion, differentiation and applications as novel cell-based biomedicines. This paper reviews important factors that can be more precisely controlled in bioreactors and their effects on stem cell engineering.

PMID: 24179601