Прямая визуализация показывает, как кроветворные стволовые клетки приживаются в организме

Прозрачные эмбрионы рыбки данио-рерио и усовершенствованная визуализация впервые позволили напрямую наблюдать, как кроветворные стволовые клетки (HSC) закрепляются в организме, чтобы производить кровь. Исследователи из Программы по исследованию стволовых клеток Бостонской детской больницы описывают в журнале Cell удивительно динамичную систему, которая дает несколько ключей к улучшению трансплантации костного мозга у пациентов с раком, тяжелыми иммунодефицитами и заболеваниями крови, а также к тому, чтобы помочь трансплантату «прижиться».

«Тот же процесс происходит при трансплантации костного мозга, что и в организме естественным путем», — говорит старший исследователь Леонард Зон. «Наша прямая визуализация дает нам серию этапов для воздействия, и теоретически мы можем искать препараты, влияющие на каждый шаг этого процесса».

«Трансплантация стволовых клеток и костного мозга все еще остается „черным ящиком“ — клетки вводятся пациенту, и позже мы можем измерить восстановление его кроветворной системы, но что происходит между этими событиями, увидеть нельзя», — говорит соавтор Оуэн Тамплин. «Теперь у нас есть система, где мы можем фактически наблюдать этот промежуточный этап».

Как формируется ниша для стволовых клеток

Было известно, что HSC отпочковываются от клеток в аорте, затем циркулируют в организме, пока не найдут свою «нишу», где они подготавливаются к своей будущей работе по созданию крови. Впервые исследователи раскрыли, как формируется эта ниша, используя покадровую съемку прозрачных эмбрионов данио-рерио и генетический метод, который пометил стволовые клетки зеленым флуоресцентным белком.

1. Прикрепление. Попав в нишу (у данио-рерио она находится в хвосте), новорожденная HSC прикрепляется к стенке кровеносного сосуда. Химические сигналы заставляют ее протиснуться через стенку в пространство сразу за сосудом.
2. «Объятия». В этом пространстве эндотелиальные клетки (клетки сосудов) обволакивают стволовую клетку. Исследователи полагают, что это начало создания комфортных условий для стволовой клетки в ее нише.
3. Контакты. Пока стволовая клетка находится в «объятиях», она вступает в контакт с близлежащей стромальной или «клеткой-нянькой», которая помогает ей закрепиться. Стволовая клетка плотно цепляется за клетку-няньку.
4. Деление и миграция. В конечном итоге стволовая клетка начинает делиться. Одна дочерняя клетка покидает нишу, а другая остается. В конце концов, все стволовые клетки уходят и начинают колонизировать свой будущий участок кроветворения (у рыб это почка).

Визуализация «объятий» была восстановлена из конфокальных и электронно-микроскопических изображений данио-рерио. Дополнительные наблюдения на мышах показали, что HSC у млекопитающих проходят практически тот же процесс, что делает его вероятным и для человека (у человека HSC постоянно reside в костном мозге).

Практическое применение

Эти наблюдения уже используются для попыток улучшить трансплантацию костного мозга. Проведя химический скрининг на большом количестве эмбрионов данио-рерио, исследователи обнаружили, что соединение ликорин способствует взаимодействию между кроветворной стволовой клеткой и ее нишей, что приводит к увеличению количества HSC у взрослой рыбы.