Стволовые клетки подстраиваются под своё окружение

Исследование в Journal of Tissue Engineering показывает, что управление топографией поверхности и механическими силами, воздействующими на стволовые клетки, может быть таким же мощным инструментом для их изменения, как и химическая среда.

Стволовые клетки реагируют на жёсткость, химию и топографию своего окружения. Использование наноразмерной топографии потенциально может устранить (или усилить) этапы культивирования, включая питательные слои и синтетические индукционные добавки.

В обзоре Лоры Макнамары (Университет Глазго, Великобритания) и коллег рассматриваются последние достижения в использовании нанотопографии для направления дифференцировки стволовых клеток, в частности скелетных (мезенхимальных).

Ключевые механизмы:

• Клетки обнаруживают наноразмерные борозды, ямки и гребни (чувствительны к их расстоянию и регулярности).
• Механосенсоры (например, интегрин-связанные фокальные адгезии) реагируют на механические ограничения поверхности, запуская сигнальные каскады (например, путь ERK-MAPK).
• Перестраивающийся цитоскелет физически воздействует на компоненты ядра, что вместе с химической сигнализацией изменяет экспрессию генов.

Важное открытие: Топография в некоторых случаях может оказывать тот же эффект, что и биохимические факторы дифференцировки.

Потенциальные применения:

• Улучшенные клинические протезы с поверхностями, напрямую модулирующими судьбу стволовых клеток (ортопедия, зубные имплантаты).
• Комбинация разных топографий для создания функциональных зон на одном имплантате (например, для интеграции с костью и предотвращения избыточного врастания).
• Перспективные материалы: наноструктурированный титан и алмаз.
• Скелетные стволовые клетки на поверхностях с определённым рельефом могут трансдифференцироваться в нескелетные клетки (в некоторых исследованиях — в нервную ткань).

Авторы заключают, что нанотопография — это перспективный инструмент для создания новых биоматериалов, способных направлять желаемое клеточное поведение.