Как заставить мини-органы расти быстрее? Сжать их
Такой способ предлагают исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Бостонской детской больницы (США). В статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell (Chen et al., Volumetric Compression Induces Intracellular Crowding to Control Intestinal Organoid Growth via Wnt/β-Catenin Signaling), ученые показали, что физическое сжатие клеток и скопление их содержимого может привести к тому, что клетки будут расти и делиться быстрее, чем обычно. Это может существенно изменить состояние здоровья и развитие клетки, сообщает пресс-служба MIT.
Маркер деления клеток Ki67 показывает, что количество делящихся клеток в органоидах в течение трех пассажей увеличивается при сжатии (в нижнем ряду). Изображение: Yiwei Li.
На первый взгляд может показаться нелогичным, что, сдавливая что-то, мы можем заставить это расти. Но у авторов работы есть объяснение. Сжимая клетку, они удаляют из клетки воду. При меньшем количестве воды белки и другие компоненты клетки собираются компактнее. А когда определенные белки оказываются в непосредственной близости, они могут запускать передачу сигналов в клетке и активировать гены внутри нее.
В своем новом исследовании ученые обнаружили, что сжатие кишечных клеток запускает кластеризацию белков по определенному сигнальному пути, который может помочь клеткам поддерживать состояние стволовых клеток – клеток, у которых еще нет конкретной «профессии», функции, которые могут быстро расти и делиться на более специализированные клетки.
Если клетки можно просто сжать, чтобы обеспечить это состояние, то их можно будет направить на быстрое создание миниатюрных органов, таких как искусственный кишечник или толстая кишка. Эти миниорганы затем можно будет использовать в качестве моделей для изучения функции органов и тестирования кандидатов в лекарства от различных заболеваний, а также в качестве трансплантатов для регенеративной медицины.
Упаковать содержимое клетки
Чтобы изучить, как сжатие влияет на клетки, исследователи смешали различные типы клеток в растворах, которые затвердевали в виде резиновых пластин гидрогеля. Чтобы сжать клетки, ученые помещали на поверхность гидрогеля груз в виде монет номиналом 25 или 10 центов.
«Мы хотели добиться значительного изменения размера клетки, а эти два груза могут сжать клетку примерно на 10–30 процентов от их общего объема», – объясняют авторы работы.
Команда использовала конфокальный микроскоп, чтобы измерить в 3D, как изменяются формы отдельных клеток при сжатии. Как они и ожидали, клетки уменьшились от давления. Но повлияло ли сжатие на содержимое клетки? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи сначала посмотрели, изменилось ли количество воды в клетке. Они пришли к выводу, что если сдавливание выжимает воду из клетки, клетки должны быть менее гидратированными и в результате стать более жесткими.
Они измерили жесткость клеток дважды: до того, как положили груз, и после. Используя оптический пинцет, ученые обнаружили, что действительно клетки становились жесткими под давлением. Они также увидели, что внутри сдавленных клеток было меньше движения, что позволяет предположить, что их содержимое было упаковано плотнее, чем обычно.
Затем авторы работы посмотрели, были ли изменения во взаимодействиях между определенными белками в клетках в ответ на сдавливание клеток. Они сосредоточились на нескольких белках, которые запускают передачу сигналов Wnt / β-catenin. Этот сигнальный путь участвует в росте клеток и поддерживает их «стволовое состояние». Также он играет роль в «обновлении» слизистой оболочки кишечника.
«Если вы измените активность этого пути, то, как прогрессирует рак и как развиваются эмбрионы, будут очень разными. Поэтому мы подумали, что можем использовать этот путь, чтобы продемонстрировать важность скопления клеток», – отмечают исследователи.
«Обновляющий» путь
Чтобы увидеть, влияет ли сжатие клеток на путь Wnt и насколько быстро клетки растут, исследователи вырастили небольшие кишечные органоиды (из клеток кишечника мышей), каждый размером около полмиллиметра, в нескольких чашках Петри, а затем «сжали» органоиды, пропитав чашки полимерами. Этот приток полимеров увеличивал осмотическое давление, окружающее каждый органоид, и вытеснял воду из их клеток. Команда заметила, что в результате специфические белки, участвующие в активации пути Wnt, собрались ближе друг к другу, вероятно, для того, чтобы включить этот путь и его гены, регулирующие рост.
Результат: те органоиды, которые были сжаты, на самом деле росли больше и быстрее. У них было больше стволовых клеток на поверхности, чем у тех органоидов, которые не сжимали. Также ученые заметили, что поведение клетки может меняться в зависимости от количества воды, которую она содержит.
В дальнейшем авторы работы планируют изучить сжатие клеток как способ ускорить рост искусственных органов, которые ученые могут использовать для тестирования новых, персонализированных лекарств.
Татьяна Матвеева, «Научная Россия»
Портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru
