Найден простой способ получения регенеративных факторов стволовых клеток в лаборатории

Исследовательская группа из Технологического университета Наньянга (Nanyang Technological University, NTU), Сингапур, нашла простой способ выделения лечебных факторов (молекул, которые способствуют росту и регенерации тканей) из взрослых стволовых клеток.

В настоящее время ученые подготавливают зрелые стволовые клетки для выделения регенеративных факторов, помещая их в камеру с низким содержанием кислорода, а также используя биохимические методы и генную инженерию.

Исследователи из NTU в своих лабораторных экспериментах пытались имитировать физические условия, в которых клетки находятся в организме. В новой работе учёные использовали мезенхимальные стволовые клетки (МСК), выращиваемые на гидрогеле, который представлял собой более мягкую поверхность, чем обычно применяется в подобных методиках.

При таких условиях наблюдалось значительное увеличение производства факторов МСК, по сравнению со стволовыми клетками, культивируемыми на обычных ростовых поверхностях.

Данный метод выращивания МСК на гидрогеле, трехмерной структуре, состоящей из полимеров, с высоким содержанием воды, потенциально может применяться для массового производства регенеративных факторов биотехнологическими компаниями.

Результаты были опубликованы в Advanced Healthcare Materials междисциплинарной группой, в состав которой вошли доцент NTU Далтон Тей (Dalton Tay) из Школы материаловедения и инженерии (School of Materials Science and Engineering), а также доценты NTU Эндрю Тан (Andrew Tan) из Школы медицины Ли Конга Чиана (Lee Kong Chian School of Medicine) и Ньюман Се (Newman Sze) из Школы Биологических наук (School of Biological Sciences).

В организме человека МСК присутствуют в различных тканях и органах. Их характерной особенностью является способность находить зону повреждения и секретировать биологически активные продукты (секретом), в частности, различные факторы роста и цитокины, способствуя регенерации.

Более ранние исследования этой же группы показали, что при использовании искусственно созданного секретома для заживления повреждений кожи у мышей, раны затягивались в среднем на 71% через пять дней. У контрольной группы животных, которые не получали лечение секретомом, раны заживали на 60% за те же сроки.

В своем последнем исследовании группа NTU показала, что секретом улучшал образование кровеносных сосудов на 60% в мембране (хориоаллантоисе) куриного яйца в течение трех дней по сравнению с мембраной куриного яйца без обработки секретомом.

Механизм, стимулирующий производство терапевтически активного секретома МСК, был выявлен лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине 2019 года, доктором Уильямом Джорджем Кэлином-младшим (William G. Kaelin Jr.), сэром Питером Джоном Рэтклиффом (Peter J. Ratcliffe) и профессором Греггом Леонардом Семензой (Gregg L. Semenza), удостоенными высокой награды «за их открытия того, как клетки чувствуют и адаптируются к доступности кислорода».

Другие ученые использовали данную концепцию кислородного голодания для создания искусственного стресса МСК. При этом активируется основной переключатель, известный как фактор, индуцируемый гипоксией 1-альфа (Hypoxia Inducible Factor 1 Alpha, HIF 1-α), который способствует росту и восстановлению кровеносных сосудов ткани.

Ученые NTU усовершенствовали данные исследования и показали, что, регулируя мягкость гидрогеля, на котором культивируют МСК, так, чтобы он был таким же мягким, как жировая ткань, возможна активация передачи сигналов HIF 1-α при нормальных условиях содержания кислорода без каких-либо дополнительных биологических или фармакологических агентов.

Исследователи полагают, что использование жесткости материалов для манипулирования кислородо-чувствительным метаболизмом МСК может быть полезным при разработке современных материалов для культивирования клеток, способных улучшить производственный и терапевтический потенциал секретома МСК. Такое развитие было бы выгодно для биофармацевтических компаний, которые в настоящее время изучают разработку новых бесклеточных методов лечения на основе МСК.

«Наша цель состоит в том, чтобы заставить МСК продуцировать в лаборатории те же регенерирующие факторы, что и в организме во время восстановления тканей, и чтобы они могли затем включаться в сыворотки или использоваться в изготовлении повязок, которые при соприкосновении с раной увеличивали бы скорость их затягивания», — сказал  Тей.

В настоящее время команда планирует более тщательно изучить причину, по которой биомимикрия мягких поверхностей может вызвать стресс у мезенхимальных стволовых клеток. Также учёные намерены использовать секретом МСК, созданный при помощи биоматериалов, в лечении хронических ран и сосудистых заболеваний у пациентов.