Коллектив российских ученых выяснил, что пласт из стволовых клеток неоднороден структуре: в нем есть островки, где клетки эффективнее дифференцируются в кость и хрящ. Молекулярные механизмы, лежащие в основе такой самостоятельности, характерны и для стволовых клеток, образующих соединительные ткани у плода в утробе матери.
Регенерация — это одна из важнейших защитных функций живой системы. Она не только позволяет организму залечивать раны, а порой и отращивать конечности, но и обеспечивает постоянное обновление тканей. У многоклеточных регенерацию поддерживают различные стволовые клетки, которые могут превращаться в специализированные клетки одной или нескольких тканей.
Важнейшую роль в процессе играют мультипотентные мезенхимные стромальные клетки. Они дают начало соединительным тканям — жиру, костям и хрящам. ММСК есть практически во всех органах, а часть из них с кровотоком поступает из костного мозга в поврежденные участки, где дифференцируются, замещая погибшие клетки.
Ученым важно понять, как определяется судьба ММСК. Особенно интересно явление их самоорганизации: даже при минимальных условиях для жизни эти клетки самостоятельно формируют упорядоченную тканеподобную структуру. Чтобы разобраться в этом вопросе, специалисты решили изучить механизм самоорганизации ММСК, который лежит в основе построения стромы — соединительнотканного компонента любого органа.
«Строма — не просто инертный "каркас": взаимодействие с ним способствует выживанию, делению, дифференцировке и миграции стволовых и специализированных клеток органа. В совокупности с другими молекулярными факторами, выделяемыми окружающей тканью, строма может влиять на дальнейшую судьбу клеток в поврежденном участке. Как правило, при заживлении формируется соединительнотканный рубец, лишенный функции этого органа. Однако если мы поймем, как ММСК определяют, в какой тип клеток превращаться, то мы сможем приблизиться к расшифровке механизма полной регенерации», — поделился один из авторов исследования, заведующий лабораторией генно-клеточной терапии, кандидат медицинский наук, доцент фундаментальной медицины МГУ имени М. В. Ломоносова Павел Макаревич.
Российские ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Института физиологии имени И. П. Павлова и Института биологии гена РАН провели эксперименты на линии ММСК из жировой ткани человека. Они использовали хорошо известную клеточную модель первичной соединительной ткани на основе пласта, который также можно применять в качестве «заплатки» при повреждениях разных органов.
Авторы исследования выращивали пласты в среде с веществами, способствующими дифференциации стволовых клеток, наблюдали за сформированными клетками структурами и оценивали дифференцировку ММСК по специфическому окрашиванию.
Во всех случаях в пластах образовывались участки высокой плотности клеток, где специализация активнее шла в направлении плотных соединительных тканей, то есть формировались костная и хрящевая ткань, но не жировая. Оказалось, что в этих островках у клеток резко повышена активность тех генов, ключевых для формирования именно плотных соединительных тканей. Они же подавляли образование белков, способствующих превращению стромальных клеток в жир. Подобные процессы действуют и при формировании соединительной ткани у плода.
«В какой-то степени это новый взгляд на хорошо изученную конструкцию в виде клеточного пласта из ММСК — все его воспринимают как "пластырь" из клеток, однако даже в этой примитивной конструкции мы обнаружили разделение культуры на группы с разными свойствами. Мы пытаемся взглянуть на задачи регенеративной медицины с позиции биологии развития и ищем параллели между процессами, определяющими формирование ткани в эмбриогенезе, и тем, как ведут себя стволовые клетки взрослого организма. Такой подход очень перспективен для восстановления утраченных тканей; в будущем, возможно, мы сможем залечивать раны без рубцов», — добавил Павел Макаревич.
Статья по работе, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликована в журнале Biomedicines.