Стволовые клетки превращаются в гладкомышечные, если их растягивать

Биоинженеры из Калифорнийского университета в Беркли показали, что взрослые стволовые клетки костного мозга, если эти клетки растягивать, можно превратить в клетки гладкой мускулатуры - ткани, входящей в состав стенок кровеносных сосудов.

Исследователи поместили мезенхимальные стволовые клетки на силиконовую мембрану, которая раз в секунду растягивалась в продольном направлении. Это была обычная рабочая процедура, которая помогла направить стволовые клетки костного мозга на путь превращения в ткань гладкой мускулатуры стенок сосудов.

Полученные результаты подчеркивают важность механических сил в дифференцировке стволовых клеток.

Эксперименты по дифференцировке стволовых клеток традиционно опираются на химические сигналы, чтобы стимулировать превращение в клетки желаемого вида. Но хорошо известно значение механических воздействий на организм. Хорошим примером является потеря веса астронавтами во время космических полетов из-за отсутствия гравитации. Теперь ученые распространяют эту концепцию на клеточный уровень, показывая, что механическая стимуляция может влиять на дифференцировку стволовых клеток.

Стремясь лучше понять факторы, которые влияют на возможный метаболический путь мезенхимальных стволовых клеток, исследователи разработали эксперимент по моделированию физических сил, воздействию которых клетка подвергается, если ей предстоит войти в состав кровеносного сосуда.

В предыдущих исследованиях влияния механического напряжения, проведенных этой группой ученых, клетки растягивались во всех направлениях. Однако в стенках кровеносных сосудов клетки растягиваются в периферическом направлении или в латеральном, если стенки сосудов лежат плоско. Поэтому в новом исследовании рассматривалось влияние на дифференцировку стволовых клеток такого одноосевого натяжения.

Частота в одно растяжение в секунду была выбрана, чтобы соответствовать обычной частоте пульса взрослого человека. Исследователи поместили один слой мезенхимальных стволовых клеток на мембрану с микробороздками, чтобы воссоздать структуры, формируемые в кровеносных сосудах коллагеновыми волокнами.

Микробороздки ориентировались либо перпендикулярно, либо параллельно оси натяжения, и некоторые клетки растягивались, а другие – нет. Исследователи рассматривали также влияние растягивания стволовых клеток на гладкой мембране без микробороздок. Предполагалось, что клетки, ориентированные по микробороздкам, испытывают большее напряжение растяжения, чем находящиеся на гладкой поверхности.

После двух дней испытаний в таком режиме исследователи обнаружили значительное увеличение экспрессии группы генов, управляющих прочностью на растяжение, по сравнению с клетками, которые не растягивались. Прочность на растяжение имеет большое значение для ткани, которая должна выдерживать силы растяжения, как, например, в стенках сосудов. Особенно возрастал уровень калпонина-1, генетического маркера гладких мышц.

В то же время экспрессия группы генов, связанных с выдерживающими сжатие тканями, такими как хрящ и кость, уменьшалась. Получается, стволовые клетки знают вид ткани, которым им предстоит стать, благодаря действующему на них механическому напряжению.

Что касается ориентации клеток, то исследователи обнаружили, что в отсутствие микробороздок стволовые клетки сами выстраиваются перпендикулярно направлению натяжения. И наоборот, когда стволовые клетки растягиваются на мембране с микробороздками параллельно оси напряжения, они выравниваются вдоль бороздок. Было обнаружено, что перпендикулярная ориентация значительно сокращает экспрессию генов, отвечающих за прочность на растяжение. Исследователи также заметили слабое увеличение пролиферации клеток, когда те выравнивались параллельно оси натяжения.

Эти результаты говорят о том, что стволовые клетки значительно продвинулись по пути дифференцировки в клетки гладкой мускулатуры, хотя еще и не стали ими.

Ученые считают, что для достижения эффективного управления дифференцировкой клеток в лабораторных условиях понадобится сочетание химических и механических факторов. Результаты этих работ могут найти клиническое применение в тканевой инженерии сосудов.

Материалы исследования представлены в статье Kurpinski K et Anisotropic mechanosensing by mesenchymal stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Oct 31;103(44):16095-100. Epub 2006 Oct 23.
По материалам EurekAlert!

Источник: Cmbt.su