Недавно исследователи выявили стволовые клетки человека, превращающиеся в клетки кости, хряща и других тканей, составляющих скелет организма.
Долгие годы специалисты всего мира вели настоящую охоту за подобными клетками. Открытие исследовательской группы, три года назад обнаружившей такие же клетки у мышей, поможет в разработке новых методов лечения переломов, повреждений суставов и остеопороза.
В исследовании, опубликованном в издании Cell, авторы показывают, что скелетные стволовые клетки являются самообновляющимися и мультипотентными (способными дифференцироваться в разные типы зрелых клеток одного вида ткани).
Как уже отмечалось выше, учёные не один год занимались поиском скелетных стволовых клеток человека. Благодаря более ранним "охотничьим экспедициям" исследователи обнаружили так называемые мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Они способны превращаться в клетки кости и хряща, а также жировой, мышечной, соединительной тканей. Иными словами, МСК являются клетками "широкого профиля".
Исследователи же стремились определить клетки, которые дают начало исключительно скелетной ткани. И в 2015 году специалисты под руководством краниофациального (черепно-лицевого) хирурга из Стэнфордского университета Майкла Лонгакера (Michael Longaker) изучали МСК в организме "радужных мышей".
Речь идёт о грызунах, которые были генетически спроектированы таким образом, что различные типы стволовых клеток имели разные цвета. Это позволяло исследователям точно отслеживать, какие из них порождали клетки, формирующие скелет.
Затем учёные определили гены в этих клетках, выявив генетическую сигнатуру (подпись) для скелетных стволовых клеток у мышей.
Несмотря на этот успех, исследователям было достаточно трудно повторить достижение уже с человеческими скелетными стволовыми клетками. Как говорит Лонгакер, сделать это не так-то просто, поскольку у нас "нет радужных людей".
Специалисты работали с костными тканями человеческих эмбрионов. В них учёные искали клетки, имеющие сходную генетическую подпись со стволовыми клетками мышей в хрящевой пластинке роста (области, где должна расти кость). Из этих клеток исследователи выделили те, которые могли бы точно формировать новые кости и хрящи в чашке Петри.
Чтобы подтвердить, что они действительно нашли скелетные стволовые клетки, учёные получили фрагменты костной ткани взрослого человека, которые недавно были удалены во время операции по замене тазобедренного и коленного суставов. Исследователи находили клетки всё с той же "подписью" и выращивали их в чашке Петри. Клетки вновь сформировали новые кости и хрящи.
Важно, что клетки не превращались в жировую, мышечную или другие ткани.
"Они [клетки] оказались истинными скелетными стволовыми клетками", — отмечает Лонгакер, который к слову, говорит о себе как о "биологе, изучающем стволовые клетки, запертом в теле пластического хирурга".
Чтобы найти надёжный способ производства большего количество подобных клеток, специалисты культивировали некоторые генетически модифицированные клетки взрослых людей под названием индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в сосуде с соединениями, которые стимулируют рост костной ткани, и витаминами. Эти клетки также давали начало только костям и хрящам.
Исследование выявило ещё один неожиданный потенциальный источник скелетных стволовых клеток — липосакционный жир.
Определённые клетки под названием стромальные внутри кровеносных сосудов в жировой ткани фактически представляют собой тип стволовых клеток. Путём изолирования подобных клеток и выращивания их в чашке Петри с фактором роста кости, учёные создали скелетные стволовые клетки.
Несмотря на то, что до практического применения ещё очень далеко, специалисты предполагают, что подобные клетки могут быть использованы для замены повреждённых костей и суставов, а также лечения дегенеративных скелетных заболевания (того же остеопороза).
Как отмечается в пресс-релизе, скелетные ткани обладают исключительным регенеративным (восстановительным) потенциалом. Костные дефекты быстро заживают, и некоторые позвоночные животные способны даже регенерировать целые части конечностей.
Между тем регенеративные способности скелетных тканей других позвоночных более ограничены: например, кости мышей и человека могут восстановиться после небольших повреждений, а хрящевые ткани взрослых людей практически не обладают подобной особенностью. Кроме того, и у грызунов, и у людей со временем наблюдается тяжёлая возрастная дегенерация скелетных тканей.
Скелетная дисфункция способна привести к широкому спектру заболеваний. Одним из препятствий лечения подобных состояний является то, что регулирование стволовых клеток в скелетной системе человека оставалось в значительной степени неисследованным.
По этой причине открытие скелетных стволовых клеток может помочь специалистам разработать новые способы лечения подобных заболеваний.
"В течение многих лет велись споры об истинных скелетных стволовых клетках человека", — говорит Ричард Ореффо (Richard Oreffo), биолог, изучающий стволовые клетки в Саутгемптонском университете. По его словам, исследование недвусмысленно демонстрирует, что подобные клетки, во-первых, существуют, а во-вторых, являются самовосстанавливающимися. "Многое ещё предстоит сделать, но это огромный шаг вперёд", — говорит Ореффо.
Ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, что стволовые клетки помогут восстановить череп и лицо человека после травмы. Кроме того, учёные выяснили, что магнитные наночастицы помогли всё тем же стволовым клеткам растить кость.
