Десять лет назад Ракель Эспин Палазон обнаружила, что воспалительные сигнальные пути должны включиться, чтобы эмбрионы производили стволовые клетки крови. Последняя работа её лаборатории показывает потенциальную ценность сохранения этих же сигналов выключенными после их первоначальной активации.

Новое исследование группы под руководством Эспина Палазон и Клайда Кэмпбелла, доцентов генетики, развития и клеточной биологии в Университете штата Айова, принесёт пользу усилиям по разработке выращенных в лаборатории стволовых клеток крови, полученных от пациентов. Многообещающее, но находящееся в стадии разработки достижение в области регенеративной медицины может устранить необходимость в пересадке костного мозга для лечения заболеваний крови, таких как лейкемия, лимфома и анемия, с помощью инъекций стволовых клеток.

Время — ключ к результатам , опубликованным 6 сентября в Nature Communications. Более ранняя работа Эспина Палазон установила, что NF-kB — хорошо изученная сеть белков, которая помогает вызывать воспаление, множество реакций, которые наши тела используют для борьбы с инфекциями, травмами и другими предполагаемыми опасностями, — имеет важное значение для формирования стволовых клеток крови. Понимание того, когда и почему появляются воспалительные сигналы, поможет воспроизвести этот процесс.

«Это действительно огромный шаг вперед для лабораторного производства стволовых клеток крови. Эти протоколы будут более точными и эффективными», — сказал Эспин Палазон.

Сигналы приходят волнами

Стволовые клетки — это то, как организмы растут, восстанавливаются и обновляются, источник каждой новой клетки. Некоторые стволовые клетки могут создавать любой тип клеток, в то время как другие специализированы. Сотни миллиардов новых клеток крови, которые человек производит каждый день, поступают из специализированных гемопоэтических стволовых клеток в нашем костном мозге. Пожизненный запас гемопоэтических стволовых клеток создается ещё до рождения внутри эмбриона.

Исследовательская группа Эспина Палазон и Кэмпбелла работает с данио-рерио, распространенным объектом медицинских исследований, поскольку они генетически похожи на людей и откладывают быстро развивающиеся яйца вне своих тел. Вставляя гены-репортеры, вызывающие флуоресценцию, учёные могут заставить выбранные типы белков и экспрессию генов визуально светиться.

Отслеживая экспрессию NF-kB в реальном времени у эмбрионов данио-рерио с помощью репортерной линии, которая загорается лишь на короткое время, группа под руководством Университета штата Айова обнаружила, что воспалительная сигнализация активируется двумя волнами. Включение и выключение дважды действует как биологические часы, координируя прогрессию, которая преобразует некоторые сосудистые клетки эмбриона в стволовые клетки крови.

Если первая волна не приходит, клетки не готовы к переходу. Если вторая волна не приходит, вновь созданные стволовые клетки не отделяются от кровеносных сосудов и не устремляются на службу. Между волнами рождаются и скромно размножаются стволовые клетки крови. Но если вторая волна задерживается , они продолжают размножаться, обнаружили исследователи.

«Манипулируя этими сигналами, мы можем создать огромное количество стволовых клеток крови», — сказал Эспин Палазон.

«Я чуть не упал со стула»

Кэмпбелл отметил, что исследователи не предполагали, что подавление фазы реактивации может ускорить выработку стволовых клеток крови.

«Я был первым человеком, который увидел это через микроскоп, и я чуть не упал со стула. Я закричал на Ракель: «Что это?» Это один из тех моментов, которые вы любите в науке. Есть всего несколько случаев, когда вы видите что-то, что вас поражает. Я ожидал увидеть, может быть, восемь стволовых клеток, но вместо этого я увидел сотни», — сказал Кэмпбелл.

Поиск способа потенциального увеличения выхода интригует, поскольку существующие методы культивирования стволовых клеток крови производят мало функциональных клеток, сказал Эспин Палазон. Процесс включает генетическое перепрограммирование зрелых клеток, чтобы они вели себя как стволовые клетки, которые в изобилии присутствуют в эмбрионах, а затем использование этих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для генерации стволовых клеток крови. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как более глубокое понимание времени воспалительного сигнала может быть использовано для улучшения протоколов создания стволовых клеток крови в лаборатории.

«Теперь речь идёт об оптимизации и интеграции этих сигналов», — сказал Кэмпбелл.

Что дальше?

В течение многих лет Эспин Палазон и Кэмпбелл сотрудничали с исследователями из Детской больницы Филадельфии, которая проводит обширную работу по индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам. Исследователи там подтвердили, что сигнализация NF-kB имеет схожие временные закономерности и эффекты в лабораторных попытках получения стволовых клеток крови человека .

Хотя они продолжат сотрудничать с больницей, исследователи ISU вскоре смогут изучать этот процесс на месте, в новой лаборатории клеточных культур в кампусе университета штата Айова, способной генерировать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Кэмпбелл, который провел месяц, изучая протоколы в больнице Филадельфии, сказал, что лаборатория должна быть запущена и работать к концу года.

Эспин Палазон и Кэмпбелл заявили, что ожидают, что методы и результаты их последней работы будут использованы в изучении других типов стволовых клеток, процесса старения и иммунотерапии, полученной от пациента, для лечения рака. Учёные продолжают узнавать больше о различных функциях сигнализации воспаления на протяжении жизни.

«Воспалительные сети необходимы для зарождения жизни, они поддерживают нашу жизнь, борясь с инфекциями и вирусами, и в конечном итоге могут стать причиной нашей гибели», — сказал Кэмпбелл.

Бессменный главный редактор, в незапамятные времена работал в издании РБК