Прорив у регенеративній медицині: клітинний «клей» для регенерації тканин
Вчені з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско (UCSF) розробили молекули, які діють як клітинний клей, дозволяючи їм точно визначати, як клітини зв'язуються одна з одною. Відкриття є важливим кроком на шляху до створення тканин і органів, що є довгоочікуваною метою регенеративної медицини.
Адгезивні молекули природно зустрічаються по всьому тілу, скріплюючи його десятки трильйонів клітин у вигляді високоорганізованих структур. Вони формують структури, створюють нейронні ланцюги та спрямовують імунні клітини до своїх мішеней. Адгезія також полегшує зв'язок між клітинами, щоб тіло функціонувало як ціле, що саморегулюється.
У новому дослідженні, опублікованому у випуску журналу Nature від 12 грудня 2022 року, дослідники створили клітини, які містять налаштовані молекули адгезії, які пов'язувалися з певними клітинами-партнерами передбачуваним чином, утворюючи складні багатоклітинні ансамблі.
"Ми змогли спроєктувати клітини таким чином, щоб ми могли контролювати, з якими клітинами вони взаємодіють, а також контролювати характер цієї взаємодії", - сказав старший автор Венделл Лім, доктор філософії, заслужений професор клітинної та молекулярної фармакології Байєрса, директор Інституту дизайну клітин UCSF. "Це відкриває двері для створення нових структур, таких як тканини та органи".
Відновлення зв'язків між клітинами
Тканини та органи тіла починають формуватися внутрішньоутробно та продовжують розвиватися в дитинстві. До дорослого віку багато молекулярних інструкцій, що керують цими генеративними процесами, зникають, а деякі тканини, такі як нерви, не можуть гоїтися після травм або хвороб.
Лім сподівається подолати це, сконструювавши дорослі клітини для створення нових зв'язків. Але для цього потрібна здатність точно спроектувати, як клітини взаємодіють одна з одною.
"Властивості тканини, наприклад вашої шкіри, значною мірою визначаються тим, як у ній організовані різні клітини", - сказав Адам Стівенс, доктор філософії, науковий співробітник Hartz в Інституті клітинного дизайну та перший автор статті. . "Ми розробляємо способи управління цією організацією клітин, яка має вирішальне значення для можливості синтезувати тканини з властивостями, які ми хочемо, щоб вони мали".
Багато з того, що відрізняє цю тканину, полягає в тому, наскільки щільно її клітини пов'язані одна з одною. У солідному органі, такому як легеня або печінка, багато клітин будуть пов'язані досить щільно. Але в імунній системі слабші зв'язки дозволяють клітинам проходити через кровоносні судини або проповзати між міцно пов'язаними клітинами шкіри або тканин органів, щоб дістатися патогену або рани.
Щоб керувати цією якістю клітинних зв'язків, дослідники розробили молекули адгезії, які з двох частин. Одна частина молекули діє як рецептор зовні клітини та визначає, з якими іншими клітинами вона взаємодіятиме. Друга частина всередині клітини регулює силу зв'язку, що утворюється. Дві частини можна змішувати й зіставляти за модульним принципом, створюючи масив клітин, що налаштовуються, які по-різному пов'язані між собою по всьому спектру типів клітин.
Код, що лежить в основі клітинного складання
Стівенс сказав, що ці відкриття мають й інші застосування. Наприклад, дослідники могли б створювати тканини для моделювання хворобливих станів, щоб спростити їхнє вивчення в тканинах людини.
Клітинна адгезія була ключовою подією в еволюції тварин та інших багатоклітинних організмів, і спеціальні молекули адгезії можуть запропонувати глибше розуміння того, як розпочався шлях від одноклітинних до багатоклітинних організмів.
«Дуже цікаво, що тепер ми краще розуміємо, як еволюція могла почати будувати тіла», — сказав він. «Наша робота розкриває гнучкий код молекулярної адгезії, який визначає, які клітини взаємодіятимуть і яким чином. Тепер, коли ми починаємо це розуміти, ми можемо використовувати цей код, щоб керувати збиранням клітин у тканини та органи. Ці інструменти можуть бути справді перетворюючими».
