Исследователи разработали новый метод управления развитием стволовых клеток, позволяющий направлять их превращение в конкретные ткани и органы. Эта технология открывает перспективы лечения сложных заболеваний, таких как диабет и болезнь Паркинсона.
Стволовые клетки уже давно считаются одним из ключевых направлений развития медицины будущего. Они представляют собой платформу для инноваций в лечении, профилактике и изучении заболеваний, недоступных традиционным методам.
Группа ученых из Университета медицинских наук Сидарс-Синай и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) сделала значительный шаг вперед в исследовании стволовых клеток. В рамках совместного проекта они создали так называемые «синтетические организаторы» — клетки, которые управляют развитием стволовых клеток, давая им команды становиться определенными тканями или органами.
«С помощью таких синтетических организаторов мы можем направлять стволовые клетки на формирование разных частей эмбриона, сердца или других органов», — поясняет доктор Офир Кляйн, один из авторов исследования и директор Института генетики человека UCSF.
Как это работает?
Предыдущие исследования показали, что на ранних этапах эмбрионального развития некоторые клетки могут выполнять роль организаторов, передавая стволовым клеткам сигналы для их дифференцировки. Исследователи предположили, что синтетически созданные аналоги таких клеток позволят точнее контролировать развитие тканей in vitro.
Для этого были использованы молекулы клеточной адгезии (CAM), которые помогают клеткам соединяться друг с другом. Исследователи создали организаторные клетки, способные самоорганизовываться вокруг эмбриональных стволовых клеток мыши и производить сигнальные молекулы — морфогены.
Морфогены играют ключевую роль в развитии клеток, определяя их судьбу в зависимости от концентрации вещества. Например, высокие уровни морфогенов могут сигнализировать клетке стать нервной, средние — кожной, а низкие — соединительной тканью.
Синтетические организаторы были запрограммированы на выработку морфогена WNT3A и его антагониста DKK1, создавая градиенты концентраций. Это позволило исследователям моделировать развитие эмбриональных структур. В одном эксперименте стволовые клетки начали формировать тело мыши, а в другом — сердце с камерой и сетью кровеносных сосудов.
«Такая платформа синтетических организаторных клеток открывает новые возможности управления дифференцировкой стволовых клеток. Это может помочь вырастить органы для трансплантации, моделировать заболевания или стимулировать регенерацию тканей у пациентов», — отмечает профессор Венделл Лим, еще один автор исследования.
Также организаторные клетки были оснащены химическим выключателем, позволяющим управлять их работой, и механизмом самоуничтожения для безопасного завершения эксперимента.
Технология имеет огромный потенциал в регенеративной медицине, персонализированном лечении, разработке лекарств и изучении сложных заболеваний.
«Эти разработки открывают перед нами невероятные возможности. Мы сможем создавать специализированные типы клеток, такие как бета-клетки для выработки инсулина или нейроны для лечения болезни Паркинсона, в составе тканей или целых органов», — говорит доктор Кляйн.
Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.
