Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Биомолтекст2020
  • vsh25
  • Vitacoin

Мышечные клетки научились «впадать в детство»

Биоинженеры перепрограммировали зрелую мышечную ткань
в стволовые клетки-предшественники без вмешательства в геном

Nanonewsnet по материалам UC Berkeley:
Bioengineers reprogram muscles to combat degeneration

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (University of California Berkeley) перевели назад часы зрелой мышечной ткани, добившись ее возвращения на более ранний этап дифференциации. В экспериментах на мышах они показали, что полученные де-дифференциацией мышечные стволовые клетки-предшественники могут быть использованы для восстановления поврежденной ткани.

По словам доцента кафедры биоинженерии UC Беркли Ирины Конбой (Irina Conboy), это достижение, описанное в статье в журнале Chemistry & Biology (Inhibitors of Tyrosine Phosphatases and Apoptosis Reprogram Lineage-Marked Differentiated Muscle to Myogenic Progenitor Cells), открывает пути к разработке новых методов борьбы с дегенерацией мышц, связанной с мышечной дистрофией или старением.

Скелетно-мышечная ткань состоит из пучков удлиненных мышечных волокон, или миофибрилл, которые представляют собой слившиеся друг с другом мышечные клетки – миобласты. Слияние отдельных миобластов в мышечное волокно считается конечным этапом дифференциации клеток скелетной мускулатуры.

«Формирование мышц до сих пор представлялось поездкой в один конец – от стволовых клеток к миобластам и мышечным волокнам, но нам удалось повернуть вспять развитие многоядерных миофибрилл и разделить их на отдельные миобласты», – говорит Конбой.

Практическое применение методов лечения, основанных на плюрипотентных клетках, способных стать дифференцированной клеткой любого типа, связано с множеством проблем. Плюрипотентные клетки можно получать либо из эмбриональной ткани, источника непрекращающихся споров этического характера, либо из взрослых дифференцированных клеток, возвращенных методом де-дифференциации в состояние, аналогичное состоянию эмбриональных стволовых клеток. Последним методом получают индуцированные плюрипотентные стволовые (induced pluripotent stem, iPS) клетки, и эта технология основана на доставке в клетку специфических генов.

Плюрипотентные стволовые клетки могут делиться практически бесконечно, и без целенаправленной дифференцировки в определенный тип быстро образуют тератомы (опухоли из дезорганизованных незрелых тканей) – серьезная проблема для использования трансплантации iPS-клеток как метода лечения.

Самая большая проблема, актуальная как для эмбриональных, так и для индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, заключается в том, что даже одна такая недифференцированная клетка, попав в организм и начав размножаться, приводит к опухоли. Мышечные же клетки-предшественники, полученные де-дифференциацией, не образуют опухолей при пересадке в живую мышцу.

В отличие от плюрипотентных стволовых клеток, которые могут дифференцироваться в любой тип взрослых клеток, судьба тканеспецифичных стволовых клеток взрослого организма предопределена. Мышечным клеткам-предшественникам (прогениторам) суждено стать мышечной тканью, клетки-предшественники гепатоцитов могут стать только тканью печени и т.д..

Кроме того, клетки, имеющие свойства эмбриональных, трудно дифференцировать в функциональные взрослые ткани, например, кровь, мозг или мышцы. Поэтому, вместо того чтобы возвращать клетки в плюрипотентное состояние, американские ученые сфокусировали свое внимание на стадии прогениторов, на которой клетки уже обречены стать скелетными мышцами и могут расти и делиться в культуре. Клетки-предшественники эффективно дифференцируются в мышечные волокна – как in vitro, так и при введении в поврежденную мышцу.

Стволовые мышечные клетки, как правило, располагаются рядом со зрелыми волокнами, откуда их второе название – клетки-сателлиты. Эти клетки находятся в покоящемся состоянии и приступают к восстановлению или образованию новой ткани только после ее повреждения или изнашивания. Это не раз происходит в течение нашей жизни, когда, например, при поднятии тяжестей старые мышечные волокна рвутся, и клетки-сателлиты образуют новую ткань.


При повреждении мышечного волокна (А) химические сигналы активируют сателлитные клетки.
Они размножаются (В), образуя одну новую покоящуюся клетку и одну пролиферирующую.
Пролиферирующие сателлитные клетки могут либо образовать новое мышечное волокно (С),
либо восстановить поврежденное (D).

Однако у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна – генетическим заболеванием, выражающемся в дегенерации мускулатуры из-за дефекта в структурных белках и последующем истощении мышечных стволовых клеток – процесс восстановления ткани грубо нарушен.

Чтобы заставить многоядерные мышечные волокна изменить свой курс на обратный и разделиться на отдельные миобласты, ученые воздействовали на дифференцированную мышечную ткань ингибиторами тирозинфосфатазы, давая зрелым клеткам сигнал к началу деления.

Воздействие на мышечные волокна ингибиторами тирозинфосфатазы дает сигнал к началу деления, но он может вызвать в них слишком сильные изменения. Эти клетки уже слились в одну большую структуру – у них общая цитоплазма и общий цитоскелет. Если просто «приказать» им делиться, многие из них начнут умирать.

Чтобы решить эту проблему, ученые использовали ингибиторы апоптоза, или запрограммированной клеточной смерти.

Как отмечает Конбой, использование молекулярных ингибиторов для де-дифференциации зрелой ткани – востребованное направление в области стволовых клеток. «Эти крошечные молекулы попадают в клетку и изменяют линию ее поведения без вмешательства в геном», – объясняет Конбой. «Ингибиторы используются в течение всего 48 часов – время, достаточное, чтобы мышечные волокна разделились на отдельные миобласты – и затем вымываются. Клетки продолжают жить и умирать, как обычные, поэтому здесь нет риска их бесконтрольного деления, приводящего к опухолям».

Чтобы доказать, что полученные ими миобласты были де-дифференцированы из зрелой мышечной ткани, а не образовались из покоящихся сателлитных клеток, сопровождающих мышечные волокна, ученые генетически пометили слитые мышечные волокна зеленым флуоресцентным белком (слева).

Теперь они могли убедиться в том, что светящиеся зеленым миобласты (справа) могли произойти только из де-дифференцированных мышечных волокон.

Чтобы проверить жизнеспособность вновь полученных миобластов, то есть удостовериться в том, что они могут расти, размножаться и нормально сливаться в новые мышечные волокна, ученые сначала культивировали их в лаборатории., а затем пересадили де-дифференцированные миобласты в поврежденные мышцы живых мышей.

Через две-три недели они увидели новые светящиеся зеленым мышечные волокна, что доказывало, что клетки-предшественники, полученные из зрелой мышечной ткани, способствовали восстановлению мышц в организме животных.

Полученные де-дифференцированием мышечные клетки, флуоресцирующие зеленым, были введены в мышцы мышей и успешно слились, образуя новые мышечные волокна (слева).

Справа, для сравнения, нормальная мышечная ткань, образованная не-экспериментальными мышечными клетками.

Фото: Preeti Paliwal, UC Berkeley.

По словам ученым, следующими шагами в их работе будут проверка этого процесса на мышечной ткани человека и поиск других химических соединений, способных помочь де-дифференцировать зрелую ткань.

«Этот подход – не для всех дегенеративных заболеваний», – объясняет Конбой. «Он будет работать только при тех заболеваниях, где мы можем начать с дифференцированной ткани, такой как нейроны или клетки печени. Но у пациентов, например, с диабетом 1 типа, нет островковых бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин, поэтому здесь нет и дифференцированной функциональной ткани, с который мы могли бы начать. Наш подход – это не замена метода плюрипотентных клеток, а дополнительный инструмент в арсенале клеточной терапии».

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
30.09.2011

назад

Читать также:

Нервные стволовые клетки 999-й пробы

Новый метод выделения чистой популяции нервных стволовых клеток обещает значительный прогресс в лечении заболеваний нервной системы и травм спинного мозга.

читать

Стволовые клетки для заживления кожи и роста волос

Стволовые клетки, локализующиеся в дерме – основном слое кожи, располагающемся под тонким слоем эпидермиса – не только поддерживают жизнеспособность кожи и заживляют раны, но и обеспечивают рост волосяных фолликулов.

читать

Еще один источник плюрипотентных стволовых клеток

Примордиальные клетки мужских яичек, дающие при делении сперматозоиды, обладают свойством плюрипотентности, то есть способны превращаться во все известные типы клеток взрослого организма. В этом смысле они полностью «равны» эмбриональным стволовым клеткам.

читать

Стволовые клетки выходят по часам

Если мезенхимальные стромальные клетки самостоятельно редко выходят за пределы костей, то выброс в кровь гемопоэтических стволовых клеток происходит регулярно, можно сказать – строго по часам.

читать

Взрослые стволовые клетки можно омолодить!

Процесс старения взрослых стволовых клеток, ответственных за регенерацию изношенных или поврежденных тканей, может быть повернут вспять. Возможно, это открытие приведет к разработке методов лечения целого ряда возрастных болезней.

читать

Лечите инфаркт только здоровыми стволовыми клетками!

Успешные опыты по лечению инфаркта стволовыми клетками у мышей не подтвердились на людях: мышам вводили клетки костного мозга здоровых особей, а людям, во избежание иммунного конфликта, их собственные, по неизвестным причинам «портящиеся» вскоре после инфаркта.

читать