Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, что некоторые редкие клетки, экстрагированные из взрослой ткани молочной железы, могут быть проинструктированы стать различными типами клеток – открытием, которое может иметь важный потенциал для регенеративной медицины.
Как и в случае с эмбриональными стволовыми клетками человека, вновь обнаруженные клетки являются плюрипотентными или способны превращаться в большинство типов клеток, говорят авторы. Ученые обнаружили, что, когда клетки помещают либо на мышах, либо в клеточную культуру, клетки могут дифференцироваться, чтобы продуцировать множественные типы клеток, в том числе те, которые продолжают делать сердце, кишечник, мозг, поджелудочную железу и даже хрящ.
Выводы значительны, считают авторы, поскольку ученые ранее полагали, что плюрипотентные клетки не существовали в организме после эмбриональной стадии развития человека.
Хотя терапевтическое использование клеток еще предстоит определить, они могут потенциально создать новую ткань – «набор патчей» – для лечения ран или восстановления поврежденных или отсутствующих органов. Они также могут быть использованы в качестве ресурса для изучения того, как клетки становятся плюрипотентными, и как они восстанавливают и заменяют себя.
«Способность клеток из взрослого организма делать так много производных тканей была совершенно неожиданной», – говорит старший автор Теа Д. Тлсти, доктор философии, профессор патологии ПХБ. «Когда мы увидели, что они могут сделать хрящ, кость, кишечник, мозг, клетки поджелудочной железы – и даже избиение сердечной ткани – мы были взволнованы и заинтригованы».
Исследование было опубликовано 4 марта в онлайн-издании Трудов Национальной академии наук (PNAS).
UCSF впервые провел исследования в области регенеративной медицины в широком спектре исследований клеток животных и человека. В прошлом году Шинья Яманака, доктор медицинских наук, старший следователь в Институтах Гладстона, членство в UCSF, и профессор анатомии UCSF, получила Нобелевскую премию по медицине за то, что он открыл способ перепрограммировать обычные клетки кожи человека в стволовые клетки, которые могут использоваться для лучшего понимания и лечения ряда заболеваний человека. Другие проекты в UCSF включают работу Аллана Басбаума, доктора философии, для изменения стволовых клеток для лечения боли и восстановления поврежденных нервных систем.
Уникальные характеристики недавно обнаруженных клеток
Хотя недавно обнаруженные клетки обладают некоторыми характеристиками эмбриональных стволовых клеток, они кажутся уникальными для себя, сказал Тлсти. Они смертны и генетически стабильны – характеристики, которые являются препятствиями для последующего образования рака, что является фактором, который может оказаться ценным, если клетки будут использоваться для регенеративной медицины, пояснила она. Напротив, эмбриональные стволовые клетки человека, а также модифицированные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, также известные как клетки iPS, являются бессмертными и генетически неустойчивыми.
Кроме того, клетки могут расширяться до обширного, но конечного числа, прежде чем они перестанут расти. Одна клетка может расти почти на 60 удвоений населения, производя более одного миллиарда дочерних клеток, концептуально обеспечивая достаточное количество клеток, чтобы помочь в восстановлении поврежденной или больной ткани.
В настоящее время ученые ищут редкие клетки в других органах тела. Они выдвигают гипотезу, что эти «универсальные патч-комплекты» разбросаны по всему телу взрослых мужчин и женщин.
Специальные клетки были обнаружены и выделены в здоровой ткани груди у женщин разного возраста и этнических групп, которые подвергались сокращению груди. По словам авторов, все ткани, используемые в исследовании, лишены видимых болезней или загрязнений.
Ткань груди в исследовании была разделена на отдельные клетки, и для выведения редкой популяции клеток использовали специальные маркеры.
От грудной ткани до избиения сердечных клеток
Даже одна из этих эндогенных плюрипотентных соматических клеток (ePS) при размещении в соответствующих условиях демонстрировала ту же плюрипотентную способность самообновлять и генерировать множественные линии – как in vitro, так и in vivo – в качестве эмбриональных стволовых клеток. Клетки могут развиваться в любой из трех зародышевых слоев: эндодерма (например, поджелудочная железа и желудочно-кишечный тракт), мезодерма (кость, сердечная мышца, кровеносный сосуд) или эктодерма (ткани груди и нервная система).
Например, при правильном указании некоторые клетки ePS делали человеческую ткань молочной железы, которая производила молоко у трансплантированных мышей, тогда как другие клетки генерировали хрящевые структуры. К удивлению исследователей, когда клетки были дифференцированы в сердечную мышцу, они даже продемонстрировали спонтанное избиение, наблюдаемое в кардиомиоцитах или клетках «избиения сердца».
«Ячейки, которые мы здесь описываем, существуют в теле, лишенном обязательств», – пишут авторы. «Взятые вместе, эти исследования обеспечивают морфологические, молекулярные и функциональные признаки пластичности линий этих клеток. Они сделают человеческое молоко, кость, жир – они будут биться, как сердце ».
Исследователи заявили, что только небольшая часть определенных клеток молочной железы имеет «этот полный и устойчивый» уникальный профиль, способный к морфированию.
«Будущие исследования расскажут нам, если мы потеряем доступ к этим клеткам по мере старения, если они обнаружены во всех тканях, и если их можно использовать для спасения пораженных тканей», – сказал Тлсти.
«Наблюдение, что редкие клетки в организме взрослого человека способны дифференцироваться во многие типы тканей под разными физиологическими признаками, будет способствовать увлекательной области исследований физиологии и терапевтического потенциала этих клеток», – сказал ведущий автор Соммутта Рой, доктор философии, постдокторанта в Отделе патологии UCSF и Центра комплексного рака UCSF Helen Diller.