Впервые получен полноценный зачаток внутреннего уха из стволовых клеток
Ученым удалось вырастить в 3-D культуре основные структуры внутреннего уха из эмбриональных стволовых клеток мыши. Данная технология может использоваться для изучения действия лекарственных средств, а также методов лечения, направленных на восстановление слуха и вестибулярного аппарата.
Ранее ученым не удавалось вырастить волосковые клетки в лаборатории, т.к. в горизонтальной клеточной культуре отсутствовали стимулы, необходимые для образования волосков. Для создания естественных условий исследовательская группа под руководством Карла Келера (Karl R. Koehler) и доктора Эри Хашино (Eri Hashino) из медицинского колледжа университета Индианы (США) использовала трехмерную систему культивирования.
В 3-D культуре, имитирующей условия формирования внутреннего уха при эмбриональном развитии, клетки находятся во взвешенном состоянии и при наиболее комфортных условиях для формирования сложных тканей и структур внутреннего уха.
Экспериментируя с различными сигнальными молекулами и белками, полученными из мышиных зародышей, исследователи смогли стимулировать дифференцировку стволовых клеток в предшественников клеток внутреннего уха.
В течение недели агрегаты клеток сформировали структуры, поразительно похожие на отические плакоды – части эмбриона, из которых развивается ухо. Дальнейшие изменения формирующихся тканей напоминали развитие внутреннего уха.
На 16 день исследователи обнаружили клетки, похожие на волосковые. Именно они играют ключевую роль в сохранении равновесия и преобразовании звука в электрические сигналы, воспринимаемые мозгом.
В выращенных волосковых клетках генерировались электрические сигналы, аналогичные сигналам полноценного организма. Они также образовали связи, называемые риббон-синапсы (ленточные синапсы) с соседними нейронами, отвечающие за передачу сигналов от внутреннего уха к головному мозгу.
На рис. полученные из стволовых клеток волосковые клетки (красным), с пучками волосков (зелёным), ядра окрашены синим цветом.Фото университета Индианы
Проведённые электрофизиологические тесты подтвердили, что полученные волосковые клетки полностью функциональны и идентичны клеткам, отвечающим за движение и силу тяжести.
«Нас удивило, что как только стволовые клетки, превратившиеся в клетки-предшественники внутреннего уха, были помещены в трехмерную среду, они повели себя так, словно знали не только в какие типы клеток внутреннего уха дифференцироваться, но и как самоорганизовываться в структуру, удивительно похожую на естественное внутреннее ухо», — сказала Хашино.
«3 –D культура позволяет клеткам самоорганизовываться в сложные ткани за счет создания механических сигналов, которые возникают во время эмбрионального развития», — объясняет Келер.
Данное исследование может применяться для изучeния мeханизмов развития внутреннего уха, а также поможет разработать новые современные методы мeдикаментозного лечения и клeточной тeрапии для лeчения нарушeний внутреннeго уха.
