24 мая
РНФ

Зародыши рыб помогут искусственно получать стволовые клетки

4.4

Российские ученые исследовали процесс появления стволовых клеток крови у эмбрионов рыб данио-рерио и показали, что для этого необходимы механические воздействия со стороны окружающих тканей и крови. Это открытие позволит искусственно создавать оптимальные условия для выращивания стволовых клеток крови in vitro. Такие клетки очень перспективны в медицине, так как могут использоваться для лечения людей с раком крови и анемией.

Danio rerio — модельный объект для изучения процессов развития / ©Tohru Murakami

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Стволовые клетки человека были открыты еще в начале прошлого века и практически сразу привлекли внимание ученых благодаря способности превращаться в клетки самых разных тканей и органов: хряща, кости, печени и других.

Первыми из них ученые описали стволовые клетки, которые дают начало всем клеткам крови. У позвоночных (в том числе и у человека) они находятся в красном костном мозге, но у эмбрионов изначально образуются в аорте из эндотелиальных клеток ее стенок.

Процесс формирования универсален для всех позвоночных, но протекает с некоторыми различиями. У рыбок данио-рерио часть эндотелиальных клеток покидает сосуд с брюшной стороны и выходит в полость тела. Далее мигрирующие клетки попадают в вену, которая лежит рядом, параллельно аорте, а оттуда по кровотоку — в печень плода.

Процесс развития эмбриональной аорты и выхода клеток представляет особый интерес, ведь изучив его, можно искусственно получать из эпителия стволовые клетки крови, способные к неограниченному числу делений. В медицине их используют для пересадки людям с раком крови и анемией, чтобы компенсировать нарушенное кроветворение и недостаток эритроцитов. Кроме того, при иммунодефицитах стволовые клетки крови помогают восполнить количество лейкоцитов, которые обеспечивают защиту организма от различных инфекций.

Чтобы изучить процессы, которые обеспечивают образование стволовых клеток, исследователи из Донского государственного технического университета (Ростов-на-Дону) создали математическую модель развития аорты эмбрионов рыб. При этом аорту рассматривали в виде эластичного цилиндра, на который действуют механические силы, подобные тем, что есть в теле зародышей данио-рерио.

Модель миграции гемопоэтических стволовых клеток из стенки аорты / ©Chalin et al / Scientific Reports / Иван Голушко

Эти рыбки представляют собой удобный модельный объект для изучения развития позвоночных животных, поскольку они дают большое потомство, неприхотливы, и самое главное — их эмбрионы прозрачны и развитие происходит вне материнского организма. Кроме того, геномы данио-рерио и человека содержат около 70 процентов общих генов, а их зародыши на ранних стадиях очень похожи, что позволяет изучать на этих рыбах различные патологии развития и тестировать лекарственные препараты для людей.

Оказалось, что для превращения эндотелиальных клеток в стволовые и их выхода из аорты необходимы определенное кровяное давление, а также механические силы, сжимающие аорту вдоль ее оси. Ученые показали, что продольное сжатие возникает из-за того, что окружающие аорту ткани растут медленнее, чем сама аорта. Сжатие изменяет форму сосуда: возникает неравномерность ее диаметра, одновременно с этим появляются первые стволовые клетки.

Установлено, что механическое сжатие служит своего рода сигналом для клеток, в ответ на который они изменяют форму, размер и положение. Изначально плоские клетки эпителия перемещаются в нижнюю (брюшную) часть аорты, под которой параллельно лежит вена, становятся округлыми, а затем и совсем теряют связь с соседями и покидают сосуд, не нарушая его целостности.

Предложенную модель ученые подтвердили, проанализировав рост зародышей данио-рерио с нарушениями развития. Так, у эмбрионов, имеющих очень слабый кровоток, клетки аорты не подвергаются необходимым напряжениям, что приводит к аномальной форме аорты и нарушает формирование стволовых клеток: они имеют неправильную яйцевидную форму и часто лопаются при выходе из сосуда. Подобный эффект наблюдался и у рыб, аорта которых из-за мутаций была нечувствительна к механическим сигналам от соседних тканей.

«Мне всегда нравилось работать с биологическими системами, рассматривая их через призму физики. С данио-рерио я “познакомился” еще во время работы над своей Ph.D. диссертацией в университете Монпелье под руководством профессоров Пармеджани и Рошаля. Сейчас благодаря поддержке РНФ я уже сам руковожу исследовательским проектом.

Он направлен на получение фундаментальных знаний о роли напряжений в превращении эпителиальных клеток в стволовые, но наши результаты несомненно имеют прикладное значение и будут способствовать совершенствованию методов производства стволовых клеток in vitro для медицинских целей.

Эффективный метод искусственного выращивания стволовых клеток крови, в том числе из тканей самого пациента, решил бы проблемы поиска донорского материала и его отторжения у пациентов и помог бы спасти множество жизней», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Иван Голушко, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории функционально-градиентных и композиционных материалов ДГТУ. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Позавчера, 15:57
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили новые изображения мощнейшего в истории Китая авианосца, который находится на заключительной стадии строительства. Кроме того, художник детально изобразил авиагруппу, состоящую из перспективных истребителей пятого поколения.

Сегодня, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: