Harvardo kamieninių ląstelių biologai sukūrė novatorišką 3D organoidinės kultūros metodą, skirtą sukurti daug suaugusiųjų skeleto raumenų palydovinių ląstelių, dar žinomų kaip raumenų kamieninės ląstelės, in vitro.
Tikimasi, kad gebėjimas tokiu būdu efektyviai gaminti funkcines raumenų kamienines ląsteles pagreitins skeleto raumenų sutrikimų supratimą ir gydymą, įskaitant tuos, kurie yra neuroraumeninės kilmės. Nauja technika, išsamiai aprašyta Gamtos biotechnologijataip pat yra galingas įrankis raumenų biologijai tirti.
„Žmonės galės atlikti visus šiuos įsisavinimo ir regeneracijos eksperimentus, nes staiga jūs turite milijonus ląstelių“, – sakė bendraautorius ir Harvardo mokslininkas Feodoras Price'as. „Eik žaisti su jais, studijuoti juos, pažiūrėkite į savo mėgstamus genus ir kelius savo laboratorijose.”
Price dirbo su Lee Rubinu, Kamieninių ląstelių ir regeneracinės biologijos katedros profesoriumi ir Harvardo kamieninių ląstelių instituto nervų sistemos ligų programos pirmininku, siekdama sukurti laboratorijoje gautas palydovines ląsteles, kurios labai primena vietines suaugusiųjų kamienines ląsteles ir yra atsakingos už skeleto raumenų augimas ir regeneracija.
Jų unikalus požiūris įveikia iššūkį išlaikyti palydovinių ląstelių regeneracines galimybes, kai jos auginamos už kūno tradiciniais metodais. „Kai juos pašalinsite iš kūno, jie iš esmės nustoja būti kamieninėmis ląstelėmis“, – paaiškino Price.
Price paaiškina, kad kai palydovinės ląstelės yra kultivuojamos siekiant padidinti jų skaičių, jos greitai dauginasi, bet vėliau spontaniškai diferencijuojasi į mioblastus (raumenų pirmtakines ląsteles), prarasdamos savo pirminį palydovinių ląstelių funkcinį pajėgumą. Tai veda prie neveiksmingo raumenų atstatymo ir priežiūros, kai ląstelės persodinamos atgal į kūną.
Harvardo komandos proveržis palaikant palydovinių ląstelių regeneracines galimybes įvyko naujoviškai naudojant 3D organoidinės kultūros metodus. Įdėdami pelių mioblastus į verpimo kolbas, mokslininkai galėtų sukurti organoidus, turinčius diferencijuotų raumenų skaidulų ir ląstelių populiaciją, išreiškiančią pagrindinį palydovinių ląstelių žymeklį Pax7.
Šio svarbaus transkripcijos faktoriaus buvimas ir organoidinės struktūros organizavimas buvo jų metodo sėkmės rodikliai.
„Esame įsitikinę, kad sėkmingai atkūrėme palydovinės ląstelės nišą“, – sakė Price, „ir dėl to galėjome įtikinti ląsteles tame organoide, kad jos atsiskirtų atgal į palydovinės ląstelės būseną. Iš esmės mes sukūrėme palydovines ląsteles in vitro – tai reikšmingas pasiekimas, žadantis daug žadą regeneracinės medicinos ir raumenų biologijos srityse.
Išsamus apibūdinimas in vitro ir in vivo parodė, kad šios kamieninės ląstelės labai panašios į bona fide palydovines ląsteles, įskaitant jų mažą dydį, ramybę ir pagrindinių genų bei epigenetinių ženklų ekspresijos modelius. Tačiau jie nėra identiški vietinėms ląstelėms. RNR ir DNR analizė parodė, kad laboratorijoje sukurtos ląstelės turi tarpinį transkripcijos ir epigenetinį profilį tarp palydovinių ląstelių ir mioblastų.
Tačiau svarbiausia, kad persodintos į pelės raumenis, ląstelės sugebėjo įsitvirtinti, atkurti kamieninių ląstelių nišą, išlikti ilgai ir atkurti raumenis po pakartotinio sužalojimo – visos pagrindinės vietinių palydovinių ląstelių funkcijos.
Vieno eksperimento metu mokslininkai parodė, kad persodinus naujas ląsteles, bet ne mioblastus, į apšvitintus pelės raumenis, kuriuose trūksta endogeninių palydovinių ląstelių, raumenys atsinaujino esant normaliai susitraukimo jėgai. Mioblastai padarė būtent tai, ko ir tikėtasi: nieko. Jie neaugino raumenų.
Palyginti, kamieninės ląstelės ir palydovinės ląstelės padarė tinkamus raumenis. „Kai palyginome jų gebėjimą susitraukti, džiaugiamės matydami, kad jėgos generavimas iš to susitraukiančio raumens buvo identiškas“, – sakė Price.
Jis pridūrė: „Mane daro tokį didelį įspūdį ne ląstelių gebėjimas įsitvirtinti. Tai jų gebėjimas atkurti kamieninių ląstelių nišą, nes jei jos tai padarys, jos įsigys ir išliks ilgą laiką.”
Tyrėjai taip pat sugebėjo generuoti palydovines ląsteles iš žmogaus mioblastų, įskaitant labai praleidžiamas komercines ląstelių linijas. Tai turi svarbių pasekmių ląstelių terapijos kūrimui, nes dirbti su žmogaus audiniais yra sunku, o dabar in vitro galima pagaminti daug funkcinių į palydovą panašių ląstelių.
Šį tyrimą palaikė Blavatnik Biomedical Accelerator ir Harvardo universiteto ir Nacionalinio atsparumo strateginis aljansas, kurį įsteigė Harvardo technologijų plėtros biuras (OTD), siekiant paskatinti mokslinius tyrimus siekiant komercializavimo galimybių.
Remdamasi šiais pasiekimais, tyrėjų komanda padėjo pagrindus bendram projektui su kitomis Harvardo laboratorijomis, kad būtų galima modeliuoti visą nervų ir raumenų grandinę, galimą pritaikymą tokioms ligoms kaip stuburo raumenų atrofija, ALS ir facioscapulohumeral raumenų distrofija.
„Mūsų laboratorija daugelį metų dirbo su neuromuskulinių ligų „nervu“ puse“, – sakė Rubinas. „Dabar laukiame laiko, kai galėsime sukurti visiškai naują grandinę, besitęsiančią nuo nugaros smegenų iki labai funkcinių raumenų.