Regeneracja tkanek za pomocą somatycznych komórek macierzystych

Somatyczne komórki macierzyste odgrywają ważną rolę w utrzymaniu i naprawie wielu różnych tkanek. Te komórki macierzyste, podobnie jak ich macierzyste embrionalne komórki macierzyste, są zdolne do niemal nieograniczonej samoodnowy. Jednak w przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych, które mogą różnicować się w szeroki zakres typów komórek, somatyczne komórki macierzyste powstają później w rozwoju, a ich losy są ograniczone do komórek określonego narządu.

W tym filmie omówione zostaną zasady regeneracji tkanek, sposób, w jaki naukowcy badają rolę somatycznych komórek macierzystych w naprawie tkanek po urazie, a także niektóre zastosowania, które wykorzystują somatyczne komórki macierzyste do indukcji regeneracji tkanek.

Zacznijmy od omówienia zasad regeneracji tkanek po urazie lub uszkodzeniu. Somatyczne komórki macierzyste zostały zidentyfikowane w kilku tkankach, w tym w mózgu, szpiku kostnym, mięśniach szkieletowych, sercu, wątrobie i jelitach.

Ogólnie rzecz biorąc, to odnawialne źródło komórek macierzystych najpierw różnicuje się w komórki progenitorowe o ograniczonym losie, zanim ostatecznie da początek funkcjonalnie wyspecjalizowanym komórkom. Klasycznym tego przykładem jest codzienny proces fizjologiczny zwany hematopoezą. W tym procesie somatyczne komórki macierzyste znajdujące się w szpiku kostnym tworzą komórki progenitorowe krwi i układu odpornościowego, które dalej różnicują się w komórki odpowiednich układów.

Z punktu widzenia regeneracji tkanek wykazano, że somatyczne komórki macierzyste znajdujące się w mięśniach szkieletowych odgrywają rolę w naprawie tkanek. Kiedy mięsień jest uszkodzony, komórki te są rekrutowane do miejsca urazu i różnicują się, aby zastąpić uszkodzone komórki.

Skąd somatyczne komórki macierzyste wiedzą, że czas zabrać się do pracy? Kiedy komórki są uszkodzone, uwalniają rozpuszczalne chemoatraktanty, takie jak chemokiny, które rekrutują somatyczne komórki macierzyste do miejsca urazu. Komórki te mogą następnie różnicować się w docelowy typ komórek tkankowych. Oprócz dostarczania nowych komórek, somatyczne komórki macierzyste mogą indukować zmiany miejscowe, takie jak generowanie nowych naczyń krwionośnych, które sprzyjają gojeniu się ran.

Zdolność regeneracyjna endogennych somatycznych komórek macierzystych nie zawsze jest wystarczająca do naprawy chorej lub uszkodzonej tkanki. Dlatego naukowcy badają, w jaki sposób dostarczanie egzogennych pul somatycznych komórek macierzystych może być wykorzystane w leczeniu takich schorzeń.

Teraz, gdy rozumiesz biologię regeneracji tkanek, spójrzmy na przykład, w jaki sposób naukowcy mogą wyizolować somatyczne komórki macierzyste i podać je w celu wywołania naprawy tkanek. Korzystając z poniższej metody, naukowcy wykazują, w jaki sposób komórki macierzyste mięśni, zwane komórkami satelitarnymi, wspomagają regenerację tkanek po urazie.

Najpierw mięśnie szkieletowe są wycinane od myszy dawcy i trawione za pomocą enzymu dysocjującego, na przykład kolagenazy. Następnie izoluje się komórki satelitarne, a jednym ze sposobów na to jest inkubacja tych komórek z przeciwciałami związanymi z kulkami magnetycznymi, które są następnie oczyszczane na kolumnie magnetycznej. Po oczyszczeniu komórki satelitarne są hodowane w hodowli, a następnie różnicowane w miogenne komórki progenitorowe poprzez dodanie pożywki różnicującej.

W międzyczasie mysz biorcy jest przygotowywana przez domięśniowe wstrzyknięcie toksyny, co powoduje osłabienie mięśni lub dystrofię mięśniową. Przygotowane miogenne komórki progenitorowe są następnie wstrzykiwane do mięśni szkieletowych myszy dystroficznej. Ostatecznie pomyślną integrację i różnicowanie komórek dawcy można określić za pomocą immunohistochemii. Funkcjonalną poprawę fenotypu dystroficznego można ocenić za pomocą testu na bieżni.

Teraz, gdy już wiesz, jak somatyczne komórki macierzyste mogą być izolowane i manipulowane w eksperymencie regeneracji tkanek, przyjrzyjmy się niektórym z dalszych zastosowań in vitro i in vivo tej unikalnej klasy komórek.

Oprócz wstrzykiwania somatycznych komórek macierzystych do in vivo modeli zwierzęcych, naukowcy opracowują również sposoby manipulowania losem tych komórek in vitro. W tym eksperymencie naukowcy zróżnicowali komórki macierzyste w funkcjonalne komórki mięśni szkieletowych, najpierw przygotowując szalkę Petriego z kotwicami. Komórki macierzyste zostały następnie wyhodowane, zmieszane w matrycy kolagenowo-żelowej i zakotwiczone w specjalnie zaprojektowanych szalkach Petriego.

Następnie te zakotwiczone komórki macierzyste były stymulowane elektrycznie przez elektrody umieszczone w pożywkach do hodowli różnicowej, co doprowadziło do in vitro powstania funkcjonalnych, dojrzałych konstruktów mięśniowych. Immunofluorescencja potwierdziła ekspresję zróżnicowanych markerów komórek mięśni szkieletowych: aktyny w kolorze czerwonym i miozyny w kolorze zielonym.

Somatyczne komórki macierzyste okazały się również obiecujące jako potencjalne terapie regeneracyjne w zaburzeniach ośrodkowego układu nerwowego. W tej metodzie naukowcy najpierw pobrali tkankę neuronalną dawcy od transgenicznego płodu szczura wykazującego ekspresję białka zielonej fluorescencji, a następnie wyizolowane neuronalne komórki macierzyste potraktowano w macierzy fibrynowej koktajlem czynnika wzrostu. Następnie leczone neuronalne komórki macierzyste wstrzyknięto w miejsce uszkodzenia rdzenia kręgowego myszy biorcy. Wykazano, że przeszczepione komórki dawcy dobrze się zintegrowały i wypełniły ubytki w uszkodzeniu rdzenia kręgowego.

Aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób somatyczne komórki macierzyste integrują się z tkankami po wstrzyknięciu ich gospodarzowi, naukowcy opracowali metodę fluorescencyjnego znakowania ich in vitro przed wstrzyknięciem. W tym eksperymencie naukowcy pobrali somatyczne komórki macierzyste ze szpiku kostnego myszy i stabilnie transfekowali je różnymi genami białek fluorescencyjnych za pomocą systemów wektorów wirusowych Transdukowane komórki zostały następnie wstrzyknięte do żyły ogonowej myszy biorcy. Z biegiem czasu od myszy biorcy pobrano narządy, a mikroskopię fluorescencyjną wykorzystano do śledzenia lokalizacji komórek w różnych tkankach.

Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat somatycznych komórek macierzystych. Film ten dotyczył zasad regeneracji tkanek przez somatyczne komórki macierzyste, sposobu izolowania i badania tych komórek oraz ich potencjalnego zastosowania w medycynie regeneracyjnej. Ponieważ somatyczne komórki macierzyste odgrywają tak kluczową rolę w regeneracji wielu różnych tkanek, zrozumienie mechanizmów regulujących tę klasę komórek jest aktywnym obszarem badań w medycynie regeneracyjnej. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie!