Вязкость материалов — ключ к дифференцировке клеток: новые данные помогут в разработке биоматериалов

Исследование под руководством IBEC показало, как мезенхимальные стволовые клетки (МСК) реагируют на вязкость своего окружения — ключевой аспект в процессе их дифференцировки.

Исследование, возглавляемое Мануэлем Сальмероном, профессором ICREA в Институте биоинженерии Каталонии (IBEC) и профессором биомедицинской инженерии в Университете Глазго, углубило понимание того, как МСК ощущают вязкость своей среды — важный фактор их превращения в различные типы тканей.

Результаты, опубликованные в Nature Communications, дают фундаментальные знания, которые могут улучшить дизайн биоматериалов для регенеративной медицины.

МСК способны развиваться в разные типы клеток (например, костные, хрящевые или мышечные), и их судьба может зависеть от физических свойств окружающей среды. До сих пор многие исследования фокусировались на «жесткости» материалов, не учитывая «вязкость».

«Обычно мы моделируем ткани как пружины: чтобы удержать их в деформированном состоянии, нужна постоянная сила; когда мы отпускаем пружину, она возвращается в исходную форму. Но в реальности ткани вязкоупругие: при приложении силы они деформируются, и для поддержания деформации не нужна постоянная сила, потому что их внутренняя структура перестраивается», — объясняет Сальмерон, руководитель группы IBEC Microenvironments for Medicine и последний автор исследования.

Чтобы детально проанализировать, как вязкие свойства влияют на поведение клеток, команда игнорировала жесткость и работала исключительно с вязкостью. Они разработали экспериментальную модель с липидными мембранами, имитирующими вязкость натуральных тканей, что позволило изучить, как взаимодействие между белками адгезии (интегринами) и белками межклеточных контактов (кадгеринами) модулирует взаимодействие МСК с их окружением.

Результаты показывают, что в присутствии других клеток адгезия МСК к субстрату снижается, меняя их поведение и способствуя дифференцировке в более мягкие ткани, такие как хрящ. И вязкость внеклеточного матрикса, и межклеточные взаимодействия значительно влияют на то, как стволовые клетки воспринимают свою среду — фактор, который следует учитывать при проектировании биоматериалов.

В сотрудничестве с командой Пере Рока-Кузакса, профессора Университета Барселоны (UB) и руководителя группы клеточной и молекулярной механобиологии в IBEC, исследователи адаптировали свою предыдущую модель, включив в нее как вязкость, так и межклеточные взаимодействия через кадгерины. Эта инновационная модель позволяет более реалистично имитировать поведение вязкоупругих тканей в организме человека.

Исследование — главный результат докторской диссертации Евы Барселоны — представляет собой шаг вперед в разработке материалов, способных направлять регенерацию тканей с большей точностью, закладывая основы для более эффективной и персонализированной регенеративной медицины.