Учёные научились управлять развитием стволовых клеток для регенерации органов

Исследователи из Cedars-Sinai и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) нашли новый способ доставлять инструкции, которые заставляют стволовые клетки превращаться в определённые структуры тела. Это критически важный шаг для будущей регенерации и восстановления тканей и органов.

Учёные создали клетки, формирующие структуры под названием «синтетические организаторы». Эти организаторы передавали стволовым клеткам инструкции с помощью биохимических сигналов — морфогенов, которые стимулировали и позволяли стволовым клеткам развиваться в сложные ткани и органоподобные структуры.

Исследование проводилось на эмбриональных стволовых клетках мыши, а его результаты опубликованы в журнале Cell.

«Мы можем использовать эти синтетические организаторы, чтобы направлять стволовые клетки к формированию разных частей раннего эмбриона или к созданию сердца или других органов», — сказал Офир Кляйн, соавтор исследования.

В одном случае учёным удалось заставить стволовые клетки начать формировать тело мыши, растянувшееся от головы до хвоста, что похоже на обычное эмбриональное развитие в утробе. В другом случае они стимулировали клетки к созданию крупной структуры, похожей на сердце, с центральной камерой и регулярным биением, а также с сетью ранних кровеносных сосудов.

«Эта платформа синтетических организаторных клеток предоставляет новый способ взаимодействия со стволовыми клетками и программирования того, во что они превратятся», — отметил Уэнделл Лим, соавтор исследования.

«Контролируя и изменяя то, как стволовые клетки дифференцируются и развиваются, мы, возможно, сможем выращивать лучшие органы для трансплантации или органоиды для моделирования болезней, а в конечном итоге использовать это для запуска регенерации тканей у живых пациентов».

Чтобы управлять организаторными клетками и контролировать развитие стволовых клеток, учёные загрузили в них генетические коды и создали две ключевые особенности.

Во-первых, они запрограммировали клетки прилипать к стволовым клеткам в форме узла или оболочки, окружающей их скопление. Во-вторых, исследователи создали организаторные клетки, производящие специфические биохимические сигналы, критически важные для индукции раннего эмбрионального развития.

Для эффективного и точного контроля над организаторными клетками исследователи разработали в них химический переключатель, позволяющий учёным включать или выключать доставку инструкций стволовым клеткам. Кроме того, они установили «суицидальный» переключатель для уничтожения организаторных клеток при необходимости.

«Эти синтетические организаторы показывают, что мы можем предоставлять стволовым клеткам более точные инструкции по развитию, контролируя, где и когда предоставляются определённые морфогенные сигналы», — сказал Лим. «Организаторные клетки несут как пространственную, так и биохимическую информацию, что даёт нам невероятный уровень контроля, которого у нас раньше не было».

Кляйн отметил, что использование инженерных синтетических организаторных клеток в конечном итоге может позволить команде в будущем создать реальные приложения.

«Замечательная наука программирования инструкций для управления стволовыми клетками однажды может открыть двери для борьбы со сложными заболеваниями», — сказал Кляйн. «Мы могли бы генерировать определённые типы клеток, например, бета-клетки для производства инсулина или нейроны для лечения болезни Паркинсона, в контексте более крупного куска ткани или даже целого органа. Эта работа открывает множество новых и захватывающих возможностей».