Прорыв в изучении отдельных клеток кишечника

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали технологию, позволяющую изолировать и выращивать тысячи кишечных стволовых клеток (intestinal stem cells) в лаборатории одновременно. Это открывает новые возможности для изучения биологии стволовых клеток и исследования причин воспалительных заболеваний кишечника, рака и других расстройств ЖКТ.

Проблема однородности

Ранее команда профессора Скотта Магнесса столкнулась с проблемой: даже клетки с одинаковым молекулярным маркером стволовых клеток вели себя по-разному. Только 1 из 100 изолированных клеток могла самообновляться и дифференцироваться в специализированные клетки, как и должна настоящая стволовая клетка. Это указывало на то, что популяция клеток, считавшаяся однородной, на самом деле разнородна.

Микротехнологическое решение

Ключом к решению стало сотрудничество с лабораторией Нэнси Олбриттон, специализирующейся на микрофабрикации. Учёные использовали устройство размером с банковскую карту с 15 000 микролунок, каждая толщиной с человеческий волос. Помещая отдельные стволовые клетки в эти лунки, исследователи могли наблюдать, как они растут в мини-кишечники (mini-guts), и отслеживать поведение каждой клетки индивидуально.

Важной особенностью технологии стала возможность извлекать конкретную лунку с помощью микроманипулятора для дальнейшего выращивания ткани или генетического анализа.

Изучение клеточного микроокружения

Новая платформа позволила проверить гипотезы о влиянии клеточного микроокружения, или ниши (niche). В реальном кишечнике стволовые клетки окружены другими типами клеток. Исследователи, включая постдока Адама Грача, смогли культивировать разные типы клеток вместе.

• Они проверили гипотезу о влиянии клеток Панета (Paneth cells), которые, как считалось, поддерживают рост стволовых клеток.
• Оказалось, что количество клеток Панета не влияет на рост.
• Однако стволовые клетки, которые физически контактировали с клетками Панета, имели преимущество в выживании. Это показало, что для поддержки необходим прямой контакт клетка-клетка.

Результаты были опубликованы в журнале Nature Cell Biology.

Будущее и значение

Технология применима не только к клеткам кишечника, но и к клеткам других тканей (груди, поджелудочной железы и т.д.). В перспективе она может стать частью подхода прецизионной медицины (precision medicine) для оценки индивидуальной реакции пациента на лекарства на уровне отдельных стволовых клеток.

Как отметил Адам Грач, технология позволяет изучать стохастичность (stochasticity) — явление, при котором разные поведения отдельных частей органа приводят к единому слаженному поведению органа в целом. По словам Магнесса, изучение отдельных клеток позволит лучше понять болезнь и разработать более эффективные методы лечения.