Ткани, выращенные в лаборатории из стволовых клеток, могут не оправдать своих терапевтических надежд, потому что клетки сами выбирают свою судьбу.
В течение последних 20 лет ученые работали над созданием тканей для использования в различных условиях, таких как остеоартрит или сердечная недостаточность. Они делают это, помещая стволовые клетки – те, которые могут стать клетками любого типа – в биоразлагаемых трехмерных структурах или "строительные леса," в лаборатории.
Однако выращенные в лаборатории ткани часто не могут быть полностью эффективными в качестве лечения при трансплантации пациентам.
Теперь исследователи из Королевского колледжа Лондона, Имперского колледжа Лондона, Университетского колледжа Лондона и Института Фрэнсиса Крика обнаружили, что обратная связь между клетками и их каркасом может быть основным фактором, а результирующие сигналы изменяют путь, по которому клетки идут по мере своего роста. и созревают (их “клеточная судьба”).
По словам команды, результаты могут помочь улучшить качество выращенных в лаборатории тканей, потенциально улучшая результаты для пациентов.
"Инженерные ткани для замены поврежденных или больных тканей могут в конечном итоге помочь пациентам с различными заболеваниями, включая рак," сказал доктор. Хольгер Аунер из медицинского факультета, специалист по раку крови и один из авторов лондонского Имперского колледжа. "Мы надеемся, что это понимание также поможет нам изучить, как раковые клетки взаимодействуют с окружающей их тканью, что может привести к более эффективному лечению."
Измененные инструкции
Когда ткани конструируются в лаборатории, трехмерные каркасы содержат инструкции, чтобы направлять стволовые клетки внутрь, как дифференцировать – подталкивая их по пути от “ пустого ” шаблона, способного стать несколькими типами клеток, к конечному типу клеток – например, как клетки сердца, легких или кожи.
Однако последнее исследование показало, что стволовые клетки быстро модифицируют свой трехмерный каркас, изменяя как его состав, так и жесткость, делая поучительные сигналы неэффективными. Затем клетки полагаются на эту новую самособирающуюся матрицу для управления собственной дифференцировкой, а не на сигналы от каркаса, в который они изначально были помещены.
В статье в журнале Nature Communications исследователи объясняют, как стволовые клетки человека, полученные из костного мозга, реагировали на окружающую среду по мере развития.
После размещения в трехмерных каркасах клетки либо секретируют белки вокруг себя, создавая жесткую структуру, похожую на гнездо, либо высвобождают факторы, которые разрушают и смягчают их окружение.
Именно эти модификации затем сказали стволовым клеткам, как дифференцироваться, а не только начальные сигналы от каркаса, как было задумано.
Выводы команды предполагают, что исследователям придется переосмыслить, как лучше всего спроектировать трехмерные каркасы для создания замещающих тканей, поскольку сами каркасы не могут напрямую инструктировать стволовые клетки, как дифференцироваться и формировать ткани.
"Положительной стороной этого открытия является то, что теперь мы знаем, что клетки производят эти модификации, и это влияет на их судьбу," объяснил доктор. Эйлин Джентльмен из King’s, руководившая исследованием.
"Когда мы предоставляем стволовым клеткам трехмерную структуру, которая помогает им формировать ткань, мы должны помнить, что они изменят окружающую среду, которую мы им представляем.
"Чтобы по-настоящему убедить их сформировать ткань, которую мы хотим, мы должны найти способы использовать этот эффект, чтобы создаваемая ими локальная среда была такой, которая будет направлять их дифференциацию по правильному пути."