Впервые в лаборатории получены стволовые клетки, сделавшие ключевой шаг к специализации

Исследователи впервые продемонстрировали в лабораторных условиях критически важный шаг специализации стволовых клеток, которые могут стать любой тканью. Это значительно сокращает разрыв между фундаментальными исследованиями и регенеративной медициной.

Учёные из Университета Иллинойса в сотрудничестве с коллегами из Университета Нотр-Дам и Хуачжунского университета науки и технологий (Китай) опубликовали результаты в журнале Nature Communications.

Во время эмбрионального развития все специализированные ткани и органы тела формируются из небольшого шара стволовых клеток. Сначала этот шар разделяется на три различных клеточных линии — зародышевых листка (герминативных слоя), которые дадут начало разным системам организма. Этот ключевой первый шаг ранее не удавалось воспроизвести в лаборатории: никто не мог индуцировать образование трёх отдельных зародышевых листков в правильном порядке — энтодермы внутри, мезодермы в середине и эктодермы снаружи. Это было серьёзным препятствием для применения стволовых клеток в регенеративной медицине.

Команда под руководством профессора Нина Вана не только показала, что эмбриональные стволовые клетки мыши способны сформировать три различных зародышевых листка в лаборатории, но и что для этого требуется тщательная комбинация правильного времени, химических факторов и механического окружения.

Исследователи поместили стволовые клетки в очень мягкий гелевый матрикс, пытаясь воссоздать свойства матки. Они обнаружили, что несколько механических сил играют роль в организации и дифференцировке клеток:

• жёсткость геля,
• силы, которые каждая клетка оказывает на соседей,
• матрикс белков, который клетки сами откладывают в качестве каркаса для структуры развивающегося эмбриона.

Настраивая механическое окружение, учёные наблюдали, как силы влияют на развивающиеся клетки, и нашли конкретную комбинацию, которая привела к образованию трёх зародышевых листков. Они также выяснили, что могут направлять развитие слоёв, меняя механику, вплоть до создания среды, которая заставляет слои формироваться в обратном порядке.

«Это первый случай, когда у нас появилась правильная трёхслойная организация у млекопитающих in vitro. Потенциал огромен. Теперь мы можем продвинуться ещё дальше и генерировать специфические органы и ткани. Это открывает дверь для регенеративной медицины», — заявил Нин Ван.

Сейчас группа работает над повышением эффективности своей методики, надеясь, что её смогут использовать другие исследователи для преодоления разрыва между стволовыми клетками и тканевой инженерией.