Поведение стволовых клеток раскрыто с помощью моделирования и микроскопии

Исследователи из A*STAR изучают обновление клеток в здоровом желудке с помощью междисциплинарного подхода, сочетающего эксперименты по отслеживанию клеточных линий и математическое моделирование. Модели создают ценную основу для изучения заболеваний желудка, а сам подход можно использовать для исследования динамики развития других органов.

Команда Ника Баркера из Института медицинской биологии A*STAR изучала развитие колбовидных карманов в слизистой оболочке пилорического отдела желудка, известных как пилорические железы, которые выделяют гастрин и слизь. Внутри каждой железы находится делящийся пул стволовых клеток, который участвует в двух ключевых процессах. Часть дочерних клеток остается недифференцированной и медленно замещает другие стволовые клетки в железе, а другая часть мигрирует вверх и дифференцируется для относительно быстрого обновления слизистой оболочки. Исследователи использовали стохастические модели для изучения этих процессов, подгоняя модели под наблюдения за флуоресцентно мечеными клетками.

Поскольку стволовые клетки делятся и замещают другие стволовые клетки, в конечном итоге все клетки в железе будут происходить от одной стволовой клетки. Чтобы изучить этот процесс, команда расширила более раннюю модель, которая предполагала, что процесс начинается с одной стволовой клетки, а не с пула. Создав модель без этого допущения, команда обнаружила, что лишь немногие из стволовых клеток находятся в положении, позволяющем их потомкам эффективно заселить всю железу.

Исследователи также количественно оценили обновление слизистой оболочки желудка за счет пролиферации и дифференцировки стволовых клеток.

Интегрировав стохастические модели и эксперименты, они показали, что процессы пролиферации и дифференцировки тесно связаны; стволовые клетки в норме делятся с той же скоростью, с какой их дочерние клетки дифференцируются, что обеспечивает постоянный размер пула.

Команда также применила этот подход для количественной оценки пролиферации и дифференцировки стволовых клеток в условиях, имитирующих заболевание, когда эти процессы разобщаются.

Эти модели помогут понять как заболевания желудка, так и нормальное развитие пилорических желез. «Например, мы можем проверить, является ли рак желудка результатом дисбаланса между пролиферацией и дифференцировкой стволовых клеток или связан с более медленной их заменой, что означает, что дефектные стволовые клетки не заменяются достаточно рано», — говорит Кармен Пин, приглашенный исследователь из Института исследований пищевых продуктов в Великобритании, проводившая исследование вместе с Баркером и Марком Лойшаке из команды A*STAR.

«Тот же подход можно использовать для изучения динамики любой популяции клеток, которые можно генетически пометить и отследить в других органах», — добавили они.