Определенный тип взрослых стволовых клеток может превращаться в кости, мышцы, нейроны или другие типы тканей в зависимости от "Чувствовать" физической среды, по мнению исследователей из Пенсильванского университета.
Исследователи обнаружили, что мезенхимальные стволовые клетки, которые регулярно находятся в костном мозге как часть естественного регенеративного механизма организма, зависят от физических сигналов из окружающей среды, чтобы преобразоваться в различные типы тканей. Исследователи даже смогли манипулировать стволовыми клетками, изменяя плотность геля, на котором они были выращены.
Исследователи считают, что их результаты, опубликованные в августе. 25 выпуск журнала Cell, может изменить то, как люди работают со стволовыми клетками.
"По сути, мезенхимальные стволовые клетки чувствуют, где они находятся, и становятся тем, что чувствуют," сказал Деннис Дишер, профессор Школы инженерии и прикладных наук Пенна. "Результаты начинают устанавливать физическую основу как для использования стволовых клеток против болезней, так и для поведения стволовых клеток в эмбриональном развитии,"
Большая часть работы в науке о стволовых клетках связана с изучением химической микросреды, набора химических сигналов, которые, как принято считать, направляют стволовые клетки через процесс дифференциации, где относительно "пустой" стволовые клетки превращаются в клетки определенного типа. Исследователи из Пенсильвании впервые доказали, что физическая микросреда также имеет решающее значение для направления клеток через дифференцировку. По словам Адама Энглера, первого автора исследования и аспиранта Школы инженерии и прикладных наук, мягкие микросреды, которые имитируют мозг, направляют клетки к превращению в нейроны, более жесткие микросреды, имитирующие мышцы, направляют клетки к превращаясь в мышечные клетки, и сравнительно жесткая микросреда направляет клетки к превращению в кости.
"Хотя я ожидал, что физическая среда может ограничить судьбу стволовых клеток, я никогда не думал, что этого будет достаточно, чтобы управлять судьбой клеток," сказал Ли Суини, соавтор исследования и заведующий кафедрой физиологии в Медицинской школе Пенна. "Когда я увидел первые изображения Адама, я был ошеломлен, увидев, что только физическая среда говорит стволовым клеткам становиться нейронами, мышцами или костями. "
Мезенхимальные стволовые клетки ощущают окружающую среду благодаря силе, с которой они сталкиваются с окружающими объектами. Каждая клетка имеет собственный скелет и молекулярные моторы, которые она использует в качестве мышц. По словам исследователей, количество силы, необходимой стволовой клетке для движения ее клеточных мышц, запускает внутренний химический сигнал, который, в свою очередь, заставляет клетку дифференцироваться.
"Цитоскелет использует двигатели, которые, как и наши мышцы, основаны на механическом напряжении, создаваемом молекулами актина и миозина," Энглер сказал. "Когда мы лишаем эти стволовые клетки миозина, клетки реагируют не на физическое окружение, а только на химическое окружение."
Но физическая микросреда может измениться из-за травмы, а также болезни, что затрудняет использование этих стволовых клеток в определенных типах терапии. Например, после сердечного приступа сердце покрывается такими рубцами, что стволовые клетки кажутся неэффективными в устранении повреждений, превращаясь в заменяющую сердечную мышцу.
"Сердечная ткань могла быть настолько повреждена во время сердечного приступа, что стволовые клетки не распознают микросреду как ориентир для превращения в сердечную мышцу," – сказал Дишер; "тем не менее, наши исследования показывают, что можно «подготовить» стволовые клетки для терапии в лаборатории, прежде чем имплантировать их в сердце, позвоночник или в любую другую поврежденную среду, в которую вы хотите их поместить."
Источник: Пенсильванский университет