Дифференциация стволовых клеток определяется не только химическими факторами

Исследуя взрослые стволовые клетки, культивируемые в течение суток на новом типе матрикса, ученые из Университета Мичигана (University of Michigan) смогли сделать прогноз о том, в каком направлении они будут дифференцироваться, или каким типом тканей они станут.

Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.

Дифференциация – это процесс превращения стволовых клеток в клетки других типов. Ее понимание является ключом к будущим методам лечения, основанным на регенерации тканей с помощью стволовых клеток.

«Нам удалось первыми продемонстрировать, что направление дифференциации стволовых клеток можно предсказать буквально через одни сутки от начала их культивирования», - говорит доцент кафедры машиностроения и биомедицинской инженерии Цзянпинг Фу (Jianping Fu), первый автор статьи.

«Как правило, чтобы узнать, в каком направлении будет происходить дифференциация, нужны недели, а может быть и больше. Наша работа может ускорить этот длительный процесс и имеет большое значение для скрининга лекарственных средств и регенеративной медицины. Наш метод обеспечивает раннее определение того, в каком направлении стволовые клетки будут дифференцироваться и в какой тип клеток они превратятся при воздействии новым лекарственным препаратом».

В своем исследовании Фу и его коллеги изучали механику столовых клеток – слабые силы, которые клетки оказывают на материалы подложки. Ученые и раньше предполагали участие сил сцепления в дифференциации, но так широко, как химические триггеры, механика этого процесса никогда не изучались. В своей статье ученые показывают, что жесткость материала, на котором стволовые клетки культивируются в лаборатории, фактически помогает предугадать, в какой тип клеток они превратятся.

«Наше исследование подтверждает, что механические силы важны так же, как и регулирующие дифференциацию химические факторы», - говорит Фу. «До сих пор биологами, занимающимися стволовыми клетками, механические аспекты в значительной степени игнорировались».

Исследователи получили новый тип матрикса для стволовых клеток, жесткость которого можно корректировать, не изменяя при этом химического состава, что невозможно сделать с обычными подложками.

Новая подложка напоминает ультратонкий ковер с микростолбиками – похожими на волоски выростами из эластичного полимера полидиметилсилоксана. Регулируя высоту микростолбиков, ученые изменяют жесткость подложки.

В своем эксперименте инженеры использовали человеческие мезенхимальные стволовые клетки, находящиеся в костном мозге и других соединительных тканях, таких, как жировая. Стволовые клетки дифференцировались в костные, если росли на более жестких матриксах, и в клетки жира – на более гибких подложках.

Когда ученые заметили, что дифференциация клеток зависит от механической жесткости подложки, они решили измерить силы сцепления, чтобы проверить, можно ли предсказать направление дифференциации.

Для количественной оценки силы сцепления они измерили наклон микростолбиков, используя флуоресцентную микроскопию.

«Наше исследование показывает, что если стволовые клетки дифференцируются в один тип клеток, силы их сцепления с подложной могут быть гораздо больше, чем у тех, которые не собираются дифференцироваться или дифференцируются в какой-либо другой тип», - говорит Фу. «Мы доказали, что изменение силы сцепления может быть использовано в качестве раннего показатели дифференциации».

Созданная учеными новая подложка, изготавливаемая путем недорого процесса формовки, настолько дешева, что исследователи раздают ее всем заинтересованным ученым и инженерам.

Работа проведена группой доктора Кристофера Чена (Christopher Chen) на факультете биоинженерии Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) и финансировалась Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health) и Американской кардиологической ассоциацией (American Heart Association).

Источник: www.lifesciencestoday.ru