Разработан метод контроля за превращением стволовых клеток в специфические ткани и органы, что открывает возможности для борьбы с такими сложными заболеваниями, как сахарный диабет и болезнь Паркинсона. Исследование опубликовано в Cell.
Ученые из Медицинского университета Седарс-Синай (США) и Калифорнийского университета в Сан-Франциско создали клети, называнные «синтетическими организаторами», которые передают инструкции стволовым клеткам, указывая им на то, как расти в специфические ткани и органы.
«Мы можем использовать эти синтетические организаторы, чтобы стимулировать стволовые клетки для созданиюя различных частей раннего эмбриона или стать сердцем, другими органами», — отметил Офир Кляйн, доктор медицины, один из автров исследования.
Ранее было показано, что некоторые клетки на ранних стадиях развития могут действовать как организаторы для эмбрионов. С учетом этого исследователи сделали предположение: если они создадут версию таких клеток-организаторов, они смогут лучше управлять их развитием in vitro.
Исследователи взяли белки, которые отвечают за «прилипание» клеток друг к другу, и сконструировали клетки-организаторы, которые самоорганизуются вокруг эмбриональных стволовых клеток мыши. Затем создали клетки, которые производят специфические сигнальные молекулы, называемые морфогенами.
Морфогены играют ключевую роль в развитии клеток. Они определяют судьбу клетки в зависимости от концентрации. Клетки «читают» эти концентрации, чтобы понять свое положение и роль в развивающейся ткани. Клетки-организаторы были сконструированы так, чтобы экспрессировать морфоген WNT3A и его антагонист DKK1 в различных концентрациях. Изменения этих концентраций направляет развитие эмбриона.
Ученые заставили стволовые клетки формировать тело мыши снизу вверх, как развивается эмбрион в утробе. В отдельном эксперименте из стволовых клеток создали бьющуюся структуру, похожее на сердце, с центральной камерой и сетью кровеносных сосудов.
«Это новый способ взаимодействия со стволовыми клетками и программирования того, во что они превращаются. Мы можем предоставлять более точные инструкции развития стволовым клеткам. Клетки-организаторы несут как пространственную, так и биохимическую информацию, давая нам огромный контроль, которого раньше не было. Управляя и изменяя то, как стволовые клетки дифференцируются и развиваются, можно выращивать лучшие органы для трансплантации или моделирования заболеваний. Мы могли бы создавать, например, бета-клетки для выработки инсулина или нейроны для лечения болезни Паркинсона, в контексте большой массы тканей или даже целого органа. Эта работа открывает множество новых и захватывающих возможностей», — сказал Уэнделл Лим, один из авторов исследования.
Синтетические клетки-организаторы также были оснащены химическим включателем, который позволил исследователям включать и выключать передачу инструкций, а также выключателем для уничтожения при необходимости.
Nature: стволовые клетки наконец выходят из лабораторий для лечения тяжелых болезней
Первая операция с использованием стволовых клеток вернула людям зрение