Биологи запрограммировали клетки на самоорганизацию в 3D-структуры — первый шаг к регенерации и самовосстановлению тканей
Учёные сделали важный шаг в понимании того, как запрограммировать клетки на самостоятельную сборку в сложные многоклеточные структуры, что приближает нас к созданию самовосстанавливающихся тканей и органов.
Минимальный набор правил для самоорганизации
В исследовании, опубликованном 31 мая 2018 года в Science, группа под руководством Венделла Лима из UCSF использовала синтетическую молекулу synNotch ("синтетический рецептор Notch"), чтобы запрограммировать клетки на коммуникацию и координацию.
Ключевая идея: "Мы задались целью понять минимальный набор правил для программирования клеток на самоорганизацию в многоклеточные структуры", — объясняет Венделл Лим.
Как это работает?
Исследователи запрограммировали две группы клеток:
- Синие клетки: вырабатывают сигнальный белок на поверхности.
- Прозрачные клетки: имеют рецептор synNotch, настроенный на распознавание этого сигнала.
Когда группы смешивали, сигнал от синих клеток активировал synNotch в прозрачных, заставляя их:
- Производить адгезивные молекулы кадгерины (своеобразные "липучки").
- Вырабатывать зелёный флуоресцентный белок GFP.
В результате прозрачные клетки зеленели и слипались, формируя двухслойную сферу: зелёное ядро, окружённое слоем синих клеток.
От простого к сложному
Усложняя программу, учёные добились:
- Формирования трёхслойных сфер.
- Самостоятельной сортировки одной группы клеток на две разные перед сборкой.
- Создания полярности (осей "голова-хвост") за счёт разных типов кадгеринов.
- Образования структур с четырьмя радиальными "лучами".
Эти процессы имитируют развитие эмбриона из одной оплодотворённой яйцеклетки.
Самовосстановление
Созданные сфероиды продемонстрировали способность к регенерации. После разрезания микро-гильотиной (разработанной соавторами из Стэнфорда) оставшиеся клетки быстро восстанавливали исходную запрограммированную структуру.
Будущее: от сфер к органам
Лим видит будущее в создании каскадов сигналов synNotch, где активация одного рецептора запускает производство других, приводя к постепенному усложнению структуры — подобно эмбриогенезу.
Преимущество подхода: "Красота самоорганизующихся систем в их автономности и компактном кодировании. Вы помещаете одну или несколько клеток, и они растут и организуются, сами заботясь о микроскопических деталях", — говорит Лим.
Это открывает перспективы для программирования стволовых клеток для репарации повреждённых тканей или выращивания новых органов непосредственно в теле, "подключённых" к нужным местам.