Ytswitchen sätter fart på cellodlingen

Professor Magnus Berggren och hans forskargrupp har utvecklat en elektronisk yta, en så kallad ytswitch, baserad på organiska
elektroniska material. Med dess hjälp kan forskarna kontrollera såväl tillväxten som differentieringen av stamceller.

Forskargruppen börjad egentligen forska kring sin ytswitch för ungefär tio år sedan:
Utgångspunkten är den ledade plasten PEDOT, en så kallad konjugerad polymer, som består av långa molekylkedjor med omväxlande dubbel- och enkelbindningar. Elektriska laddningar kan därför förflytta sig utmed kedjan och även hoppa mellan olika kedjor. PEDOT har därmed god elektrisk ledningsförmåga, kan leda joner och är biokompatibel. Den trivs också bra tillsammans med mänskliga celler.

Styr tillväxt av stamceller

Två elektroder i PEDOT placerades som tunna filmer i ett mikroskopglas och när en spänning lades på blev den ena sidan av glaset reducerad och den andra oxiderad, vilket innebar att ena sidan blev hydrofob och den andra hydrofil – på ena sidan binds och orienteras proteiner på ett sätt och på den andra sidan på ett helt annat sätt.
Elektroniskt lim
- Doktoranden Kristin Persson i vår grupp lekte med fenomenet ett tag, men så träffade vi forskarkollegorna på Karolinska institutet som sa att kan ni styra vätningen så borde ni också kunna styra tillväxten och differentieringen av stamceller, berättar Magnus Berggren.

Försök startades att odla celler på ytor av PEDOT-plast och eftersom forskarna kunde styra proteinernas formation kunde de också styra tillväxten. På den reducerade sidan trivdes nämligen cellerna och växte samman medan de på den oxiderade sidan sakta tog livet av sig – gick i apoptos. Resultaten publicerades 2009.

För ett par år sedan utvecklade så forskargruppen en organisk transistor med vars hjälp det är möjligt att styra och reglera mängden, formationen och orienteringen av proteiner utmed en gradient. Därmed blev det möjligt att översätta elektriska signaler till kemiska gradienter vilket i sin tur möjliggör att cellernas koncentration och utbredning kan regleras.

- Vi upptäckte att just 0,7 V är en lämplig spänning, där cellerna trivs extra bra på ytan, men vi vet inte ännu varför just den spänningen ger det bästa resultatet, säger Magnus Berggren.

Högre koncentration tillväxtfaktorer

Nya försök gjordes nu att odla stamceller för att få dem att differentiera - utvecklas åt olika håll. Forskarna studerade då de tillväxtfaktorer som finns bundna i proteinet heparin. Det visade sig att på den reducerade ytan var koncentrationen av tillväxtfaktorer tre till fem gånger högre eftersom heparinet fick sväva ut och frigöra tillväxtfaktorer. På den oxiderade ytan däremot var tillväxtfaktorerna fortfarande hårt bundna till PEDOT-elektroden. Beroende på om PEDOT-elektroden är i sitt reducerade eller oxiderade tillstånd kan stamcellerna utvecklas antingen mot muskelceller eller
astrocytceller (en typ av nervcell). Detta resultat publicerades 2011.

Nästa steg var nu att försöka utnyttja PEDOT-ytswitchen, och möjligheten att ändra från reducerat och bundet till oxiderat och vattenlösligt, för odling av hud. Gunnar Kratz, professor på IKE, hade problem med att skörda odlad vävnad, allt för många celler skadades när odlingen lossas från cellodlingsunderlaget.

- Vår teknik fungerar som ett elektroniskt lim. Vi har testat att bygga epitelceller och när vi ändrade oxidationstillståndet med hjälp av ytswitchen släppte cellerna lätt från underlaget. Det visade sig vara mer skonsamt än de klassiska kemiska metoder man använt tidigare för att frisätta celler och vävnad. Cellerna var mer aktiva och färre var skadade, berättar Magnus Berggren.

Arbetet fortsätter nu att förfina metoderna att styra och reglera cellers tillväxt, för att differentiera stamceller och frisätta vävnad. Forskningen bidrar därmed även till LiU:s satsning på regenerativ medicin, det vill säga den forskning som går ut på att försöka återskapa skadade organ och vävnader där det annars skulle ha bildats ärr.

2013-10-22

Magnus Berggren, professor Foto: Sverker JohanssonMagnus Berggren -
professor i organisk elektronik


Forskar kring bioelektronik samt tryckt elektronik på papper och plastfolier.
Inom Laboratoriet för organisk elektronik bedrivs forskningen inom fyra områden; organisk bioelektronik, komponentforskning, trycktekniker samt modellering och simulering av laddningstransport i organiska material.
Laboratoriet för organisk elektronik består av cirka 35 personer.

Magnus Berggren är också vetenskapligt ansvarig för det svenska laboratoriet för tryckt elektronik, Swedish Research Laboratory for Printed Electronics, som innefattar tryckpresslaboratorium, renrum, samt laboratorier för kemi och bioelektronik.
Han är även föreståndare för Strategiskt centrum för organisk bioelektronik, OBOE, samt för internationella Centrum för avancerade funktionella material, AFM. 

Kontakt

Forskning