Исследование в режиме таймлапс выявило узкие места в размножении стволовых клеток
Исследование человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в режиме таймлапс выявило узкие места, ограничивающие формирование колоний. Это открытие может улучшить их использование в регенеративной медицине.
Ученые из Центра биологии стволовых клеток Университета Шеффилда под руководством профессора Питера Эндрюса и инженеры из группы по сложным системам и обработке сигналов под руководством профессора Даниэля Кока изучали человеческие плюрипотентные стволовые клетки. Эти клетки — потенциальный источник для регенеративной медицины, так как способны производить любой тип клеток в организме.
Однако их использованию в терапиях мешает то, что при длительном культивировании они могут приобретать генетические изменения. Эти изменения не случайны и напоминают мутации в раковых клетках.
Исследователи применили таймлапс-съемку отдельных человеческих ЭСК, чтобы выявить аспекты их поведения, ограничивающие рост. Эти аспекты и становятся мишенями для мутаций, которые позволяют клеткам расти эффективнее.
Доктор Ивана Барбарик с кафедры биомедицинских наук: «Мы изучаем плюрипотентные стволовые клетки, которые имеют огромный потенциал для регенеративной медицины. Предварительное условие для этого — поддержание больших количеств недифференцированных клеток в культуре. Однако есть несколько препятствий: клетки сильно гибнут при культивировании и могут мутировать спонтанно. Некоторые из этих генетических мутаций дают стволовым клеткам преимущество в росте, позволяя им захватывать культуру — феномен, называемый адаптацией культуры, который имитирует поведение раковых клеток».
Команда объединила таймлапс-микроскопию, отслеживание одиночных клеток и математическое моделирование, чтобы охарактеризовать узкие места, влияющие на выживаемость нормальных человеческих ЭСК, и сравнить их с адаптированными клетками.
Были выявлены три основных узких места, влияющих на формирование колоний:
- Выживание после посева.
- Неспособность снова войти в клеточный цикл.
- Продолжающаяся гибель клеток после деления.
В тех же условиях культивирования адаптированные клетки показали себя лучше по всем этим пунктам, что привело к образованию большего числа колоний. Узкие места также смягчались за счет контакта клеток друг с другом и применения про-выживаемых соединений.
Доктор Вероника Бига с кафедры автоматического управления и системной инженерии: «Чтобы извлечь информацию о гибели клеток, митозе и движении, мы разработали новые методы анализа изображений и измерения многочисленных параметров из таймлапс-видео».
Работа опубликована 12 июня 2014 года в журнале Stem Cell Reports.