Стволовые клетки принимают решения, подобные человеческим
Учёные из Копенгагенского университета засняли на видео тысячи клеток-предшественников поджелудочной железы в момент принятия решения: делиться и увеличивать орган или специализироваться в эндокринные клетки, регулирующие уровень сахара в крови.
Исследование показывает, что стволовые клетки ведут себя как люди в обществе, принимая индивидуальные решения, но с достаточным взаимодействием для достижения конечной цели. Результаты могут в перспективе привести к лучшему контролю над производством инсулин-продуцирующих эндокринных клеток для терапии диабета.
Исследование опубликовано в научном журнале PLOS Biology.
Почему важна каждая клетка
В совместном проекте Копенгагенского и Кембриджского университетов профессор Анн Грапен-Боттон и команда исследователей, включая доцента Юн Хэ Кима из Центра DanStem, пометили клетки-предшественники эмбриональной поджелудочной железы (условно «матери») и их «дочерей» разными флуоресцентными цветами, а затем засняли их на видео, чтобы проанализировать процесс принятия решений.
До этой работы существовали методы прогнозирования развития определённых типов клеток поджелудочной железы по мере роста эмбриона. Однако, наблюдая за отдельными клетками, учёные обнаружили, что даже внутри одной группы клеток, предположительно одного типа, одни будут делиться много раз, чтобы увеличить орган, а другие — специализироваться и прекратить деление.
Учёные зафиксировали интересные случаи, когда «мать» двух «дочерей» принимала решение и передавала его обеим «дочерям», которые затем синхронно приобретали специализацию. Наблюдая за достаточным количеством клеток, они смогли вывести логические правила принятия решений. С помощью математика Пау Руэ из Кембриджского университета они разработали математическую модель для долгосрочных прогнозов на протяжении нескольких поколений клеток.
Кино со стволовыми клетками
«Впервые мы сняли видео такого качества, чтобы отследить тысячи отдельных клеток в этом органе в течение достаточно долгого времени, чтобы наблюдать медленный процесс принятия решений. Задача казалась сложной и технически трудной, но увлекательной», — говорит профессор Грапен-Боттон.
«С помощью этих фильмов мы можем видеть и количественно оценивать динамику решений в каждой клетке в контексте органа, что вдохновит на изучение многих других органов», — говорит доцент Юн Хэ Ким.
«В дополнение к фильмам, снятым на изолированной поджелудочной железе, мы разработали метод визуализации генеалогического древа клеток в нетронутом органе. Изначально мы сосредоточились на одном поколении, но теперь также наблюдаем за их потомками на протяжении нескольких поколений», — уточняет Ким.
Следующие шаги в терапии диабета
Проект был сосредоточен на фундаментальных исследованиях и носит теоретический характер, но теперь он предоставляет инструменты для контроля над тем, должна ли клетка расширяться или специализироваться в эндокринную клетку на пути к производству инсулина.
«Во всём мире идёт поиск способов получения таких инсулин-продуцирующих клеток из стволовых клеток для их трансплантации пациентам с диабетом. В будущем это можно будет сделать, увеличивая вероятность специализации или заставляя клетки-«матери» передавать решение о специализации своим двум дочерним клеткам», — заключает Грапен-Боттон.