Регенерация тканей соматическими стволовыми клетками

Соматические стволовые клетки играют важную роль в поддержании и восстановлении широкого спектра тканей. Эти стволовые клетки, как и их родительские эмбриональные стволовые клетки, способны к почти неограниченному самообновлению. Однако, в отличие от эмбриональных стволовых клеток, которые могут дифференцироваться в широкий спектр типов клеток, соматические стволовые клетки возникают на более поздних этапах развития, и их судьба ограничена клетками конкретного органа.

В этом видео мы расскажем о принципах регенерации тканей, о том, как ученые изучают роль соматических стволовых клеток в восстановлении тканей после травмы, а также о некоторых приложениях, в которых соматические стволовые клетки используются для стимуляции регенерации тканей.

Давайте начнем с обсуждения принципов регенерации тканей после травмы или повреждения. Соматические стволовые клетки были идентифицированы в нескольких тканях, включая мозг, костный мозг, скелетные мышцы, сердце, печень и кишечник.

Как правило, этот возобновляемый источник стволовых клеток сначала дифференцируется в ограниченные судьбой клетки-предшественники, прежде чем в конечном итоге дать начало функционально специализированным клеткам. Классическим примером этого является ежедневный физиологический процесс, называемый кроветворением. В этом процессе соматические стволовые клетки, обнаруженные в костном мозге, образуют клетки-предшественники крови и иммунной системы, которые в дальнейшем дифференцируются в клетки соответствующих систем.

С точки зрения регенерации тканей, было показано, что соматические стволовые клетки, обнаруженные в скелетных мышцах, играют важную роль в восстановлении тканей. Когда мышца повреждена, эти клетки возвращаются к месту повреждения и дифференцируются для замены поврежденных клеток.

Как соматические стволовые клетки узнают, что пора приступать к работе? Когда клетки повреждаются, они высвобождают растворимые хемоаттрактанты, такие как хемокины, которые привлекают соматические стволовые клетки к месту повреждения. Эти клетки затем могут дифференцироваться в тип клеток ткани-мишени. В дополнение к притоку новых клеток, соматические стволовые клетки могут вызывать местные изменения, такие как образование новых кровеносных сосудов, которые способствуют заживлению ран.

Регенеративная способность эндогенных соматических стволовых клеток не всегда может быть достаточной для восстановления больных или поврежденных тканей. Поэтому ученые изучают, как доставка экзогенных пулов соматических стволовых клеток может быть использована для лечения таких состояний.

Теперь, когда вы понимаете биологию регенерации тканей, давайте рассмотрим пример того, как ученые могут выделять соматические стволовые клетки и вводить их для стимуляции восстановления тканей. Используя следующий метод, ученые демонстрируют, как мышечные стволовые клетки, называемые сателлитными клетками, помогают в регенерации тканей после травмы.

Сначала скелетные мышцы препарируются у донорской мыши и перевариваются с помощью диссоциирующего фермента, например, коллагеназы. Затем клетки-сателлиты изолируются, и одним из способов сделать это является инкубация этих клеток с антителами, связанными с магнитными шариками, которые затем очищаются на магнитной колонке. После очистки клетки-сателлиты выращивают в культуре и впоследствии дифференцируют в миогенные клетки-предшественники путем добавления дифференцировочной среды.

Тем временем мышь-реципиент подготавливается путем внутримышечной инъекции токсина, что приводит к мышечной слабости или мышечной дистрофии. Подготовленные миогенные клетки-предшественники затем вводятся в скелетные мышцы дистрофической мыши. В конечном счете, успешная интеграция и дифференцировка донорских клеток могут быть определены с помощью иммуногистохимии. Функциональное улучшение дистрофического фенотипа может быть оценено с помощью теста на беговой дорожке.

Теперь, когда вы увидели, как можно выделить соматические стволовые клетки и манипулировать ими в эксперименте по регенерации тканей, давайте рассмотрим некоторые из последующих применений этого уникального класса клеток in vitro и in vivo.

Помимо введения соматических стволовых клеток в животные модели in vivo, ученые также разрабатывают способы манипулирования судьбой этих клеток in vitro. В этом эксперименте ученые дифференцировали стволовые клетки в функциональные клетки скелетных мышц, предварительно приготовив чашку Петри с якорями. Затем стволовые клетки культивировали, смешивали в коллагеновой и гелевой матрице и закрепляли в специально сконструированных чашках Петри.

Затем эти закрепленные стволовые клетки были электрически стимулированы электродами, помещенными в среды для дифференцировки культур, что привело к формированию in vitro функциональных, зрелых мышечных конструкций. Иммунофлюоресценция подтвердила экспрессию дифференцированных маркеров скелетных мышечных клеток: актина – красного цвета, и миозина – зеленого цвета.

Соматические стволовые клетки также показали себя многообещающими в качестве потенциального регенеративного метода лечения заболеваний центральной нервной системы. В этом методе ученые сначала собрали донорскую нейрональную ткань из трансгенного плода крысы, экспрессирующего зеленый флуоресцентный белок, а изолированные нейрональные стволовые клетки были обработаны в фибриновой матрице коктейлем факторов роста. Затем обработанные нейрональные стволовые клетки были введены в место поражения спинного мозга мыши-реципиента. Было показано, что трансплантированные донорские клетки хорошо интегрировались и заполнили полости в поражении спинного мозга.

Чтобы лучше понять, как соматические стволовые клетки интегрируются в ткани после их введения в организм хозяина, ученые разработали метод флуоресцентного мечения их in vitro перед инъекцией. В этом эксперименте ученые собрали соматические стволовые клетки из костного мозга мышей и стабильно трансфицировали их различными генами флуоресцентных белков с помощью вирусных векторных систем. Со временем у мыши-реципиента были собраны органы, а для отслеживания расположения клеток в различных тканях использовалась флуоресцентная микроскопия.

Вы только что посмотрели видео JoVE о соматических стволовых клетках. В этом видео рассказывается о принципах регенерации тканей соматическими стволовыми клетками, о том, как эти клетки могут быть выделены и изучены, а также об их потенциальном применении в регенеративной медицине. Поскольку соматические стволовые клетки играют такую важную роль в регенерации широкого спектра тканей, понимание механизмов, регулирующих этот класс клеток, является активной областью исследований в регенеративной медицине. Как всегда, спасибо за просмотр!