Клетки морской губки могут ускорить производство лекарственных соединений для борьбы с раком и COVID-19
В мире насчитывается более 9 000 видов морских губок (Phylum Porifera), которые являются источником новых натуральных продуктов. Они содержат перспективные химические вещества, которые могут быть полезны в борьбе с раком, COVID-19 и устойчивыми к антибиотикам бактериями стафилококка.
Эти химические вещества взаимодействуют с молекулами, которые сохранились на протяжении всей эволюционной истории и участвуют в процессах заболеваний человека, например, в циклировании клеток, иммунной и воспалительной реакции, регуляции кальция и натрия.
К сожалению, многие фармацевтически значимые губки содержатся лишь в следовых количествах в исходной губке, и ни экономически, ни экологически невозможно собрать достаточное количество биомассы дикой губки, чтобы обеспечить необходимые объемы для клинической разработки и производства лекарств.
Исследователи из Океанографического института Харбор-Бранч при Атлантическом университете Флориды предложили жизнеспособное решение. Ранее они совершили революционное открытие в области морских биотехнологий, создав культуру клеток морских беспозвоночных (губок) с использованием оптимизированной питательной среды для развития клеточных линий губок и быстрого деления. До этого открытия клеточных линий морских беспозвоночных не существовало.
Теперь, впервые, ученые из филиала ФАУ Харбор подняли это передовое исследование на новый уровень, успешно культивируя клетки губки в 3D. Клетки в двухмерной культуре демонстрируют различные биологические и физиологические характеристики, а их взаимодействия и функции, играющие ключевую роль в этих характеристиках, в двухмерной культуре ограничены. Новый 3D-метод лучше отражает функционирование клеток губки в природе и поможет увеличить масштабы производства биомассы губки и биоактивных метаболитов.
Морская губка Geodia neptuni, обитающая в Карибском бассейне, была выбрана для данного исследования, чтобы продемонстрировать доказательство концепции метода 3D-культуры. Исследователи оценивали клетки губки, культивируемые в трех 3D-подложках: дисках FibraCel, тонких слоях гидрогеля и микрокапельках геля, с целью применения одного или нескольких из этих методов для увеличения масштабов производства.
Результаты, опубликованные в журнале Marine Drugs, показали, что питательные вещества и продукты губки быстро диффундируют в 3D матрицу и из нее, а гелевые микрокапли можно масштабировать в колбах со спиннером; клетки и/или секретируемые продукты могут быть легко извлечены. Ученые филиала ФАУ в Харборе продолжают исследования по масштабированию и производству в лаборатории.
"Культивирование клеток губки in vitro является захватывающим и альтернативным биологическим вариантом для производства биомассы или биоактивных метаболитов", - говорит Ширли Помпони, доктор философии, старший автор, профессор-исследователь филиала FAU Harbor и бывший исполнительный директор Кооперативного института Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) по изучению океана, исследованиям и технологиям. "Благодаря своей клеточной организации, губки могут быть разделены на клетки, которые будут повторно собираться и дифференцироваться для формирования функциональной губки. Более того, культура клеток позволяет нам точно контролировать переменные окружающей среды и выбирать или оптимизировать условия, способствующие увеличению производства биомассы и/или биоактивных метаболитов"
"Культивирование клеток морской губки представляет некоторые уникальные проблемы, например, морские губки требуют высокой солености, что может помешать гидрогелям, в которые мы высеваем клетки, затвердеть должным образом", - говорит Помпони. "Кроме того, многие гидрогели требуют отверждения при высоких температурах, которые смертельны для клеток губки"
Помпони и ее команда создали биобанк криоконсервированных клеток из более чем 200 отдельных губок, представляющих более 50 видов, 26 семейств, 15 порядков и два класса мелководных и глубоководных губок. Это первый биобанк клеток живых морских беспозвоночных. Он будет использоваться для поддержки текущих исследований в области разработки лекарств из губок, а также для восстановления среды обитания и других биотехнологических применений.
"Мы проводим исследования для расширения масштабов этих 3D-методов, чтобы повысить их полезность для производства химических веществ, получаемых из губок и применяемых в здравоохранении", - сказал Помпони.
