Стволовые клетки крови производят все виды крови и иммунные клетки в нашем организме. Ученые уже давно пытаются сделать эти клетки в лаборатории и использовать их для создания различных типов клеток крови по требованию. Овладение этими навыками может помочь сделать трансплантацию костного мозга более эффективной и менее токсичной, а также улучшить лечение анемий, иммунодефицитов и других заболеваний крови. Но происхождение и работа стволовых клеток крови все еще остаются загадочными.
Исследования, проведенные в трех разных лабораториях в рамках программы стволовых клеток в Бостонской детской больнице, в настоящее время дают некоторые важные подсказки о том, как стволовые клетки крови возникают в природе и как они ведут себя в реальном времени у живых животных. Лаборатории также связаны с Дана-Фарбер / Бостонский детский центр рака и заболеваний крови.
Рождение стволовых клеток крови
В исследовании, опубликованном в Developmental Cell , лаборатории Trista North, Ph.D. и Джордж Дейли, доктор медицинских наук, доктор философии. воссоздали происхождение стволовых клеток крови в природе. Проведя реконструкцию того, что происходит с эмбрионом, они нашли новые ключи к тому, как эти клетки всех матерей могут когда-нибудь появиться в лаборатории.
Различные исследовательские группы пытались внести стволовые клетки крови в чашку для культивирования, но клетки, произведенные до настоящего времени, имели ограничения. Например, они не генерируют полный набор клеток крови.
«Несмотря на некоторый успех, мы не уверены, что эти клетки на самом деле похожи на нормальные», – говорит Норт. «Они не живут долго и не функционируют как стволовые клетки крови».
Аорта на чипе
Известно, что стволовые клетки крови возникают в эмбриональной аорте, и в 2009 году Норт показал, что для их формирования необходим активный кровоток. Но это знание не пролило много света на генетические регуляторы, которыми можно манипулировать для создания стволовых клеток крови в лаборатории.
Постдок в лаборатории Дейли, Ванесса Лундин, доктор философии, имела опыт работы в области инженерии и имела ключевое представление.
«Мы смотрели на физический поток через сосуд», – говорит Норт. «Ванесса поняла, что есть больше чем одна сила: не только сдвигающая сила крови, но также и циклические силы от сердцебиения, толкающего сосуд, заставляя его расширяться и сужаться».
Сотрудничая с лабораторией Дональда Ингбера, доктора медицинских наук, Бостонской программы детской сосудистой биологии и Института биологической инженерии Висса, Лундин создал «аорту на чипе», засеянную плюрипотентными стволовыми клетками человека. Затем команда применила оба типа механической силы к чипу, имитируя условия в матке, и наблюдала, какие факторы включаются в клетки, выстилающие аорту.
Возвращение на YAP
Когда Лундин и Уэйд Сугден, доктор философии из северной лаборатории, проведя систему через все это, они поняли, что механическая сила сердцебиения активирует белок под названием YAP. Передача сигналов YAP заставила клетки, выстилающие аорту, переходить и становиться стволовыми клетками крови. Управляя YAP или другими белками, которые, по-видимому, действуют на YAP в модели рыбок данио, команда смогла вырастить колонии стволовых клеток крови.
«Раньше мы не знали о роли YAP в кроветворной (кроветворной) системе», – говорит Норт. «Это действительно YAP, который цементирует приверженность клетки судьбе клеток крови. То, что мы обнаружили до сих пор, недостаточно для того, чтобы получить долговременные функционирующие стволовые клетки крови, но это определенно шаг к способности производить их в лаборатории. «.
Просмотр в реальном времени стволовых клеток крови
В журнале Nature , лаборатория Фернандо Камарго, доктор философии, описывается система, в которой стволовые клетки крови загораются у живых мышей, позволяя наблюдать их через небольшой микроскоп, имплантированный в голову мыши. Система опирается на комбинацию из двух генов: один ген, который заставляет клетки светиться под воздействием ультрафиолетового света, и второй ген, который существенно уменьшает свечение в любой клетке крови, которая не является стволовой клеткой. Поскольку кость черепа тонкая, полости микроскопа, в которых живут стволовые клетки, легко увидеть под микроскопом.
Камарго и другие уже визуализировали стволовые клетки крови у рыбок данио, но рыбки данио не являются хорошей моделью для понимания стволовых клеток человека. Для начала, их стволовые клетки крови находятся в почках, а не в костях. До сих пор никто не смог наблюдать, как эти клетки живут у млекопитающих.
Это принесло некоторые сюрпризы.
«Мы не знали, где находились стволовые клетки, кем были их соседи, были ли они динамичными и как они реагировали на травмы», – говорит Камарго, чья лаборатория проводила исследование в сотрудничестве с лабораторией Чарльза Лин, Ph. Д., в Массачусетской больнице общего профиля. «Удивительно, но мы обнаружили, что стволовые клетки вообще не двигаются. В основном это сонные клетки».
Действуйте
Но когда они дали мышам химиотерапевтические препараты, которые убивают большую часть системы крови , стволовые клетки сплотились, чтобы произвести замены. Или, по крайней мере, некоторые из них сделали.
«Мы видели, что не все стволовые клетки участвуют в регенерации – может быть, активируются от 10 до 20 процентов», – говорит Камарго. «Кажется, этого достаточно».
Эти стволовые клетки крови , которые активировали проживали в костных полостей , где сама кость активно замененных; возможно, это сделало их более вероятными для размножения и мобилизации. Проснувшись, они начали двигаться и взаимодействовать друг с другом, касаясь друг друга и двигаясь вместе, предполагая, что они могут каким-то образом координировать свою деятельность.
Команды Камарго, Дейли и Норт продолжают свои исследования, чтобы еще больше раскрыть свои идеи. Когда-нибудь они могут сделать химиотерапию более безопасной и пересадку костного мозга более эффективной.