Механические свойства стволовых клеток предсказывают их судьбу
Новое исследование биомедицинских инженеров из Университета Брауна показывает, что жесткость, вязкость и другие механические свойства взрослых стволовых клеток, полученных из жировой ткани (например, из отходов липосакции), могут предсказать, превратятся ли они в кость, хрящ или жир.
Ключевые результаты:
- Самые жесткие клетки с наибольшей вероятностью становились костными.
- Самые крупные и мягкие клетки с наибольшей вероятностью становились жировыми.
- Клетки с наибольшей вязкостью с наибольшей вероятностью превращались в хрящевые.
Это открытие может привести к созданию фильтра для извлечения нужных клеток из образца ткани. Например, хирург мог бы использовать его для выделения из жира пациента с травмой кости высококонцентрированной популяции клеток, создающих кость, и введения их в область раны во время одной операции.
Ход исследования:
Ученые под руководством Эрика Дарлинга клонировали человеческие стволовые клетки в 32 популяции. С помощью атомно-силового микроскопа они измерили их размер, жесткость и вязкость. Затем клетки химически стимулировали к дифференцировке и через несколько недель проанализировали уровни ключевых метаболитов, указывающих на тип образовавшейся ткани.
Корреляция механических свойств с данными метаболитов подтвердила, что механические свойства предсказывают не только направление дифференцировки, но и ее эффективность.
Потенциал применения:
Моделирование сортировки показало, что отбор клеток по механическим свойствам может значительно повысить концентрацию целевых клеток по сравнению с текущими методами поиска молекулярных биомаркеров (<1%):
Клетки, создающие кость: до 3%
Клетки, создающие хрящ: до 6%
Клетки, создающие жир: до 9%
Для практического применения в клинике необходима разработка высокопроизводительного устройства для механического тестирования, так как атомно-силовой микроскоп работает слишком медленно. Над этим сейчас работает лаборатория Дарлинга.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.