Суббота, 14 Июль 2018 15:37

Обычные клетки можно превратить в стволовые без генетической модификации

Автор  Мельникова Елена
Оцените материал
(1 Голосовать)

Недавние исследования, проведенные профессором Г.В. Шивашанкаром (G.V. Shivashankar) из Сингапура, показали, что зрелые клетки можно перепрограммировать в стволовые без прямой генетической модификации, а лишь при помощи ограничения пространства, в котором они делятся. Результаты открытия опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Стволовые клетки – основа развития всех специализированных клеток и тканей организма. Исследователи из Института механобиологии (Mechanobiology Institute, MBI) при Национальном университете Сингапура (National University of Singapore, NUS) и Института молекулярной онкологии (FIRC Institute of Molecular Oncology, IFOM) в Италии обнаружили, что ограниченные в пространстве зрелые клетки теряют свои специализированные характеристики к шестому дню и полностью возвращаются в состояние стволовых на десятый день.

«Наше открытие поможет в разработке нового поколения технологий с использованием стволовых клеток для тканевой инженерии и регенеративной медицины, которые смогут побороть негативные последствия геономических воздействий», - сказал профессор Шивашанкар.

Более десяти лет назад учёные впервые показали, что зрелые клетки можно перепрограммировать в плюрипотентные стволовые, способные развиваться в любой тип клеток организма. В этих ранних экспериментах исследователи генетически модифицировали взрослые специализированные клетки, вводя факторы, перезапускающие их геномные программы, обращая вспять их развитие и возвращая в недифференцированное (неспециализированное) состояние.

Полученные таким образом клетки, известные как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), можно направить по разным путям развития для использования в восстановлении тканей, для создания лекарств и даже выращивания новых органов для трансплантации. Ещё одно из важных преимуществ иПСК заключается в том, что для их получения не нужно использовать эмбрионы.

Однако основным препятствием для клинического применения иПСК остаётся их предрасположенность к злокачественному перерождению после введения в организм. И главная причина заключается именно во вмешательстве в их геном извне.

Для решения данной проблемы исследователи решили разобраться в том, как регулируется дифференцировка и рост стволовых клеток в организме. В частности, как клетки естественным образом возвращаются в незрелое состояние, а также превращаются в другой тип клеток в процессе развития или для восстановления тканей.

Команда под руководством Шивашанкара работала с фибробластами – зрелыми клетками, которые расположены в соединительной ткани, например, в сухожилиях и связках.

Учёные ограничивали зону роста фибробластов прямоугольной областью, в результате чего клетки быстро принимали форму субстрата.

Проведённые ранее группой Шивашанкара эксперименты показали, что клетки реагируют на физические свойства окружающей среды и передают эту информацию в ядро, где ДНК и программы генома изменяются в соответствии с полученными данными.

В настоящем исследовании фибробласты в результате ограничения пространства для роста начали формировать сферические кластеры на 10 день культивирования. Генетический анализ показал, что специфические характеристики хроматина, присущие зрелым клетками, были утрачены ими к шестому дню.

К десятому дню, утверждают учёные, клетки экспрессировали гены, которые обычно характерны для эмбриональных стволовых клеток и иПСК. Исследователи пришли к выводу, что, ограничивая в пространстве зрелые фибробласты в течение длительного времени, можно превратить их в плюрипотентные стволовые клетки.

Чтобы подтвердить перепрограммирование фибробластов в стволовые клетки, исследователи успешно стимулировали их дифференцировку в два различных типа специализированных клеток. Однако некоторые клетки снова превратились в фибробласты.

Полученные в ходе исследования данные о влиянии внешних геометрических ограничений отражают условия, с которыми клетки сталкиваются в естественной среде в организме. Так, окружающая структура играет важную роль в формировании функциональных тканей и органов при эмбриональном развитии.

Также при повреждении тканей в результате травмы или болезни клетки «чувствуют» внезапные изменения в окружающих их среде и активируются для регенерации участка. Для этих целей зрелые клетки могут вернуться в плюрипотентное состояние, чтобы дифференцироваться в специализированные клетки, необходимые для восстановления ткани.

«Несмотря на то, что хорошо известно о влиянии определённых свойств субстрата и его геометрических форм на направление дифференцировки стволовых клеток в специализированные клетки, данное исследование впервые показывает, что механические сигналы могут «сбросить» генетические программы зрелых клеток и вернуть их в плюрипотентное состояние», - объясняет профессор Шивашанкар.

«Использование геометрических ограничений для перепрограммирования зрелых клеток может лучше отражать процесс, происходящий в организме. Более того, наши результаты позволяют исследователям создавать стволовые клетки из зрелых клеток с высокой эффективностью и без генетической модификации», - добавил он.

Прочитано 438 раз
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии