Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали молекулы, которые действуют как «клеточный клей». Клетки со встроенными молекулами "клея" связываются друг с другом и другими клетками. С помощью такого "клея" можно восстанавливать ткани и органы. Открытие представляет собой важный шаг к созданию регенеративной медицины.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали синтетические адгезивные молекулы, которые действуют как «клеточный клей».
Адгезивные молекулы присутствуют в нашем теле повсюду. Они скрепляют десятки триллионов клеток в высокоорганизованные структуры - ткани и органы. Они создают нейронные сети и направляют иммунные клетки к своим мишеням. Адгезия связывает клетки и дает возможность телу функционировать как саморегулирующему целому.
В новом исследовании ученые создали клетки, содержащие точно настроенные молекулы адгезии, которые связываются с определенными клетками-партнерами, образуя сложные многоклеточные ансамбли.
«Мы смогли так спроектировать клетки, чтобы можно было контролировать, с какими клетками они взаимодействуют, а также контролировать силу этого взаимодействия», — сказал ведущий автор работы Венделл Лим. — «Это открывает путь для создания новых структур, таких как ткани и органы».
Восстановление связей между клетками
Ткани и органы начинают формироваться внутриутробно и продолжают развиваться в детстве. К взрослому возрасту многие молекулярные инструкции, управляющие этими генеративными процессами, исчезают, а некоторые ткани, например, нервы, уже не могут восстанавливаться после травм или болезней.
Соавтор работы Адам Стивенс говорит: «Мы разрабатываем способы управления этой организацией клеток, которая имеет решающее значение для возможности синтезировать ткани со теми свойствами, которые мы хотим».
Многое из того, что отличает данную ткань, заключается в том, насколько плотно связаны ее клетки. В целостном органе, таком как печень, клетки связаны довольно плотно. Но в иммунной системе более слабые связи позволяют клеткам проходить через кровеносные сосуды или просачиваться между прочно связанными клетками кожи и органов, чтобы добраться до патогена или раны.
Чтобы управлять этим качеством клеточных связей, исследователи разработали молекулы адгезии, состоящие из двух частей. Одна часть молекулы действует как рецептор снаружи клетки и определяет, с какими другими клетками она будет взаимодействовать. Вторая часть находится внутри клетки, она регулирует силу связи. Две части можно смешивать и составлять по модульному принципу, создавая массив настраиваемых клеток, которые по-разному связаны и между собой и с другими типами клеток.
Код, лежащий в основе клеточной сборки
Стивенс говорит, что у этой работы есть и другие применения. Например, исследователи могут моделировать больные ткани, чтобы упростить их изучение.
Клеточная адгезия была ключевым событием в эволюции всех многоклеточных организмов, и синтетические молекулы адгезии могут дать более глубокое понимание, как начался путь от одноклеточных к многоклеточным организмам.
«Теперь мы гораздо лучше понимаем, как эволюция начала строить тела», — сказал Стивенс. — «Наша работа раскрывает гибкий код молекулярной адгезии, который определяет, какие клетки будут взаимодействовать и каким образом. Теперь, когда мы начинаем это понимать, мы можем использовать этот код, чтобы управлять сборкой клеток в ткани и органы».