Исследователи превращают зрелые клетки в стволовые с помощью пространственного ограничения

Новое исследование под руководством профессора Г.В. Шивашанкара из Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура (NUS) и Института молекулярной онкологии FIRC (IFOM) в Италии показало, что зрелые клетки можно перепрограммировать в стволовые без прямой генетической модификации — просто ограничив их рост в определённом геометрическом пространстве на продолжительное время.

«Наше прорывное открытие положит начало новому поколению технологий стволовых клеток для тканевой инженерии и регенеративной медицины, которые могут преодолеть негативные эффекты геномных манипуляций», — заявил профессор Шивашанкар.

Поворот клеточных часов вспять

Более десяти лет назад учёные впервые показали, что зрелые клетки можно перепрограммировать в лаборатории в плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells, iPSCs), способные развиться в любой тип клеток организма. В ранних работах для этого использовалась генетическая модификация. Однако серьёзным препятствием оставалась тенденция таких клеток к образованию опухолей после введения в организм.

Команда профессора Шивашанкара продемонстрировала, что зрелые клетки можно перепрограммировать in vitro в плюрипотентные стволовые клетки без генетических модификаций, просто ограничив их рост на определённой площади.

Перезагрузка зрелых клеток

Когда фибробласты (зрелые клетки соединительной ткани) помещали на прямоугольные участки, они быстро принимали форму субстрата. Клетки выращивали в течение 10 дней, пока они не сформировали сферические кластеры.

Генетический анализ показал, что специфические характеристики хроматина, характерные для зрелых фибробластов, терялись к шестому дню. К десятому дню клетки экспрессировали гены, обычно ассоциированные с эмбриональными стволовыми клетками и iPSCs. Учёные пришли к выводу, что длительное пространственное ограничение превращает зрелые фибробласты в плюрипотентные стволовые клетки.

Для подтверждения перепрограммирования исследователи с высокой эффективностью направили рост этих клеток в два разных специализированных типа. Некоторые клетки также были возвращены в состояние фибробластов.

Новое определение технологий стволовых клеток

Используемые в исследовании физические параметры отражают временные геометрические ограничения, с которыми клетки могут сталкиваться в организме (например, во время развития или при повреждении ткани).

«Хорошо известно, что ограничение стволовых клеток определёнными геометрическими паттернами может направлять их дифференцировку. Наше исследование впервые показывает, что механические сигналы могут перезагружать геномные программы зрелых клеток и возвращать их в плюрипотентное состояние», — пояснил профессор Шивашанкар.

Он добавил: «Использование геометрических ограничений для перепрограммирования зрелых клеток может лучше отражать естественные процессы в организме. Что ещё важнее, наши результаты позволяют исследователям генерировать стволовые клетки из зрелых с высокой эффективностью и без их генетической модификации».

Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в мае 2018 года.