Исследователи создали способ управления и контроля над развитием стволовых клеток в определенных тканях и органах. Это открывает путь к разработке средств для борьбы со сложными заболеваниями, такими как диабет и болезнь Паркинсона.
Можно смело уповать на то, что стволовые клетки своего рода будущее здравоохранения и медицинских исследований. В них заложен немалый потенциал для исцеления и регенерации. Действуя на фундаментальном уровне, они помогают организму успешно поддерживать жизнедеятельность. И развивать новые навыки, умения и качества. Взяв под контроль функции стволовых клеток можно предопределять особенности становления организма. Что и произошло в новом исследовании.
Приказ, определяющий функции стволовых клеток
Исследователи из Cedars-Sinai Health Sciences University и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) продвинулись в контроле над стволовыми клетками. Результатом работы стали сконструированные клетки, получившие название «синтетические организатора». Эти искусственные клетки передают инструкции стволовым клеткам, сообщая о необходимости формировать конкретные ткани и органы.
Мы можем использовать эти синтетические организаторы, чтобы подтолкнуть стволовые клетки к созданию различных частей раннего эмбриона, к созданию сердца или других органов.
Офир Кляйн, доктор медицины, доктор философии, член Института регенеративной медицины Cedars-Sinai, директор Института генетики человека Калифорнийского университета в Сан-Франциско и соавтор исследования.
Предыдущие исследования показали, что некоторые клетки, присутствующие на очень раннем этапе развития стволовых клеток, могут выступать в качестве организаторов или сигнализаторов для эмбрионов in vitro. Эти клетки организуются вокруг стволовых клеток, предоставляя им инструкции для развития. На основе этого, исследователи выдвинули гипотезу: можно сконструировать версию клеток-организаторов, которые лучше направят развитие стволовых клеток in vitro. Впрочем, на состояние стволовых клеток также влияет и периодическое голодание.
Меняя функции стволовых клеток
Исследователи взяли естественные и синтетические молекулы клеточной адгезии (CAMs), белки, которые помогают клеткам прилипать друг к другу и к объектам в окружающей среде, и сконструировали клетки-организаторы, которые самоорганизовались вокруг эмбриональных стволовых клеток мыши (mESC) в настраиваемых архитектурах. Затем ученые сконструировали клетки для производства определенных сигнальных молекул, называемых морфогенами.
Морфогены играют ключевую роль в развитии клеток. Они определяют судьбу клетки на основе своей концентрации. Когда морфогены распространяются от источника, они образуют градиенты — области высокой концентрации ближе к источнику и более низкой концентрации дальше. Клетки «считывают» эти градиенты, чтобы выяснить свое положение и роль в развивающейся ткани. Например, высокие уровни морфогенов могут сообщать клетке стать нервной клеткой, средние уровни сообщать ей стать клеткой кожи, а низкие уровни могут сообщать клетке стать соединительной тканью. Вплоть до выращивания иммунной системы.
Организационные клетки были сконструированы для экспрессии морфогена Wingless-related integration site 3A (WNT3A) и его антагониста Dickkopf-1 (DKK1) в разных градиентах. Это позволило исследователям изучить, как изменение градиента направляло эмбриоид — совокупность эмбриональных стволовых клеток — к формированию разных тканей. Ученые побудили стволовые клетки начать формировать тело мыши от головы до хвоста, подобно тому, как эмбрион развивается в утробе матери. В отдельном эксперименте они приказали стволовым клеткам сформировать бьющуюся, похожую на сердце структуру с центральной камерой и сетью кровеносных сосудов. Может лет через 10-15 такие клетки станут доступным инструментом биохакера.
Этот тип синтетической платформы клеток-организаторов помогает по-новому взаимодействовать со стволовыми клетками и программировать ткани, в которые они развиваются. Контролируя и изменяя то, как стволовые клетки дифференцируются и развиваются, мы сможем выращивать лучшие органы для трансплантации органоидов для моделирования заболеваний и в конечном итоге использовать это для стимулирования регенерации тканей у живых пациентов.
Венделл Лим, доктор философии, другой автор-корреспондент исследования и профессор клеточной и молекулярной фармакологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
Сконструированные клетки-организаторы также были снабжены химическим переключателем, который позволял исследователям запускать и останавливать доставку клеточных инструкций, а также был «переключателем самоубийства» для уничтожения клеток при необходимости.
Потенциал технологии для влияния на функции стволовых клеток
Эти синтетические организаторы показывают, что мы можем загрузить более точные инструкции по развитию стволовых клеток, проектируя, где и когда подаются определенные сигналы морфогена. Клетки-организаторы несут как пространственную, так и биохимическую информацию, тем самым давая нам невероятный уровень контроля, которого у нас не было раньше.
Венделл Лим, доктор философии, другой автор-корреспондент исследования и профессор клеточной и молекулярной фармакологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
Подобные технологии обладают потенциалом для колоссального практического применения в регенеративной медицине, персонализированной медицине, разработке и тестировании лекарственных препаратов, более глубоком понимании развития человека и лечении хронических и генетических заболеваний.
Наука программирования инструкций для = стволовых клеток способна открыть дверь для борьбы со сложными заболеваниями. Мы могли бы генерировать определенные типы клеток, например, бета-клетки для производства инсулина или нейроны для лечения болезни Паркинсона, в рамках обширного куска ткани или даже целого органа. Эта работа открывает много новых и захватывающих возможностей.
Офир Кляйн, доктор медицины, доктор философии, член Института регенеративной медицины Cedars-Sinai, директор Института генетики человека Калифорнийского университета в Сан-Франциско и соавтор исследования.
Больше материалов, от биотехнологий до обзоров ноотропов, от нейросетей до философии трансгуманизма вы найдете в нашем сообществе. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи!
