По сути, открыт клеточный “клей” для регенерации тканей, заживления ран, восстановления нервов
Уэнделл Лим, доктор философии, директор Института клеточного дизайна UCSF, держит клеточную модель в своем кабинете в кампусе Mission Bay UCSF. Автор: Елена Жукова
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) разработали молекулы, которые действуют как “клеточный клей”, позволяя им точно, в зависимости от поставленной задачи, соединять клетки друг с другом.
Это открытие представляет собой важный шаг на пути к созданию тканей и органов - долгожданной цели регенеративной медицины.
Адгезивные молекулы сами по себе естественным образом присутствуют по всему телу, удерживая десятки триллионов клеток вместе в высокоорганизованных структурах.
Они формируют структуры, создают нейронные цепи и направляют иммунные клетки к их целям. Адгезия также облегчает связь между клетками, поддерживая функционирование организма как саморегулирующегося целого.
В новом исследовании, опубликованном в выпуске Nature от 12 декабря 2022 года, исследователи сконструировали клетки, содержащие индивидуальные молекулы адгезии, которые предсказуемым образом связываются с определенными клетками-партнерами, образуя сложные многоклеточные ансамбли.
“Мы смогли сконструировать клетки таким образом, чтобы мы могли контролировать, с какими клетками они взаимодействуют, а также контролировать характер этого взаимодействия“, - сказал старший автор Уэнделл Лим, доктор философии, заслуженный профессор клеточной и молекулярной фармакологии Байерса и директор Института клеточного дизайна UCSF. “Это открывает путь к созданию новых структур, таких как ткани и органы”.
Восстановление связей между клетками
Ткани и органы организма начинают формироваться внутриутробно и продолжают развиваться в детстве. К взрослому возрасту многие молекулярные инструкции, которые управляют этими генеративными процессами, исчезают, и некоторые ткани, такие как нервные, к примеру, не могут заживать после травм или болезней.
Лим надеется преодолеть это, сконструировав взрослые клетки для создания новых соединений. Но для этого требуется способность точно спроектировать, как клетки взаимодействуют друг с другом.
“Свойства ткани, такой как, например, ваша кожа, во многом определяются тем, как в ней организованы различные клетки”, - сказал Адам Стивенс, доктор философии, научный сотрудник Hartz в Институте клеточного дизайна и первый автор статьи. “Мы разрабатываем способы контролировать эту организацию клеток, которая имеет решающее значение для способности синтезировать ткани со свойствами, которые мы хотим, чтобы они имели”.
Большая часть того, что отличает любую ткань в любом органе - это то, насколько прочно ее клетки связаны друг с другом.
В твердом органе, таком как легкое или печень, многие клетки будут связаны довольно плотно. Но в иммунной системе более слабые связи позволяют клеткам течь по кровеносным сосудам или проникать между плотно связанными клетками кожи или тканей органов, чтобы достичь патогена или раны.
“Мы разрабатываем способы контролировать эту организацию клеток, которая имеет решающее значение для способности синтезировать ткани с нужными нам свойствами”. - Адамс Стивенс, доктор философии
Чтобы обеспечить такое качество соединения клеток, исследователи создали свои молекулы адгезии из двух частей:
• одна часть молекулы действует как рецептор снаружи клетки и определяет, с какими другими клетками она будет взаимодействовать,
• вторая часть, внутри клетки, настраивает прочность образующейся связи.
Две части можно смешивать и комбинировать модульным способом, создавая набор индивидуальных клеток, которые соединяются различными способами по всему спектру типов клеток.
Код, лежащий в основе сборки клеток
Стивенс дополняет, что у этих открытий есть и другие применения.
Например, исследователи могли бы создавать ткани для моделирования болезненных состояний, чтобы упростить их изучение в тканях человека.
Клеточная адгезия была ключевым событием в эволюции животных и других многоклеточных организмов, и специальные молекулы адгезии могут предложить более глубокое понимание того, как начался путь от одноклеточных к многоклеточным организмам.
“Очень интересно, что теперь мы понимаем гораздо больше о том, как эволюция, возможно, начала создавать тела”, - сказал он. “Наша работа раскрывает гибкий молекулярный код адгезии, который определяет, какие клетки будут взаимодействовать и каким образом. Теперь, когда мы начинаем понимать это, мы можем использовать этот код для управления тем, как клетки собираются в ткани и органы. Эти инструменты могут быть действительно преобразующими”.
ИСТОЧНИК: “Programming Multicellular Assembly with Synthetic Cell Adhesion Molecules” by Adam J. Stevens, Andrew R. Harris, Josiah Gerdts, Ki H. Kim, Coralie Trentesaux, Jonathan T. Ramirez, Wesley L. McKeithan, Faranak Fattahi, Ophir D. Klein, Daniel A. Fletcher and Wendell A. Lim, 12 December 2022, Nature.