Блог

Aug 14, 2023

Стволовая клетка

Это достижение рассматривается как важный первый шаг на пути к новым методам лечения и регенерации зубов. Лейла Грей, 206.475.9809, [email protected] В настоящее время из стволовых клеток созданы органоиды, способные секретировать

Это достижение рассматривается как важный первый шаг на пути к новым методам лечения и регенерации зубов.

Лейла Грей, 206.475.9809, [email protected]

В настоящее время из стволовых клеток созданы органоиды, секретирующие белки, образующие зубную эмаль — вещество, защищающее зубы от повреждений и разрушения. Эту работу возглавила многопрофильная группа ученых из Вашингтонского университета в Сиэтле.

«Это важный первый шаг к нашей долгосрочной цели — разработке методов лечения на основе стволовых клеток для восстановления поврежденных зубов и регенерации утраченных», — сказал Хай Чжан, профессор восстановительной стоматологии в Школе стоматологии Университета Вашингтона и один из со-авторы статьи с описанием исследования.

Результаты опубликованы сегодня в журнале Developmental Cell. Аммар Альгадир, аспирант лаборатории Ханнеле Руохола-Бейкер на кафедре биохимии Медицинской школы Университета Вашингтона, был ведущим автором статьи. Лаборатория связана с Медицинским институтом стволовых клеток и регенеративной медицины Университета Вашингтона.

Исследователи объяснили, что зубная эмаль защищает зубы от механических воздействий, возникающих при жевании, и помогает им противостоять разрушению. Это самая твердая ткань в организме человека.

Эмаль вырабатывается во время формирования зубов специализированными клетками, называемыми амелобастами. Когда формирование зубов завершено, эти клетки отмирают. Следовательно, у организма нет возможности восстановить или регенерировать поврежденную эмаль, а зубы могут стать склонными к переломам или потере.

Чтобы создать амелобласты в лаборатории, исследователям сначала нужно было понять генетическую программу, которая заставляет стволовые клетки плода развиваться в эти высокоспециализированные клетки, продуцирующие эмаль.

Для этого они использовали метод, называемый одноклеточным комбинаторным индексирующим секвенированием РНК (sci-RNA-seq), который показывает, какие гены активны на разных стадиях развития клетки.

Это возможно, потому что молекулы РНК, называемые информационной РНК (мРНК), передают инструкции для белков, закодированные в ДНК активированных генов, молекулярным машинам, которые собирают белки. Именно поэтому изменения уровней мРНК на разных стадиях развития клетки показывают, какие гены включены и какие гены выключены на каждом этапе.

Выполняя sci-RNA-seq на клетках на разных стадиях развития зубов человека, исследователи смогли получить серию снимков активации генов на каждой стадии. Затем они использовали сложную компьютерную программу под названием Monocle, чтобы построить вероятную траекторию активности генов, которая происходит, когда недифференцированные стволовые клетки развиваются в полностью дифференцированные амелобласты.

«Компьютерная программа предсказывает, как вы доберетесь отсюда туда, дорожную карту, план, необходимый для создания амелобластов», — сказал Руохола-Бейкер, возглавлявший проект. Она является профессором биохимии и заместителем директора Медицинского института стволовых клеток и регенеративной медицины Университета Вашингтона.

Наметив эту траекторию, исследователи после долгих проб и ошибок смогли убедить недифференцированные стволовые клетки человека превратиться в амелобласты. Они сделали это, подвергая стволовые клетки химическим сигналам, которые, как известно, активируют различные гены в последовательности, имитирующей путь, выявленный в данных sci-RNA-seq. В некоторых случаях они использовали известные химические сигналы. В других случаях сотрудники Медицинского института дизайна белков Университета Вашингтона создавали разработанные на компьютере белки, обладающие улучшенными эффектами.

В ходе реализации этого проекта ученые также впервые определили другой тип клеток, называемый субодонтобластом, который, по их мнению, является предшественником одонтобластов, типа клеток, имеющего решающее значение для формирования зубов.

Исследователи обнаружили, что вместе эти типы клеток могут формировать небольшие трехмерные многоклеточные мини-органы, называемые органоидами. Они организовались в структуры, подобные тем, которые наблюдаются в развивающихся человеческих зубах, и секретировали три основных белка эмали: амелобластин, амелогенин и эмалин. Эти белки затем образуют матрицу. За этим последует процесс минерализации, необходимый для формирования эмали необходимой твердости.