Учёные выяснили, как клетки взаимодействуют с поддерживающими белками для заживления ран
Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе впервые определили, как начинается процесс заживления ран, что может дать новое понимание механизмов рубцевания, фиброза и метастазирования рака.
Команда под руководством постдока Деларам Шакибы из Центра инженерной механобиологии (CEMB) обнаружила, как фибробласты — клетки соединительной ткани — взаимодействуют с внеклеточным матриксом. Было раскрыто рекурсивное взаимодействие между клетками и их средой, а также обнаружены ранее неизвестные клеточные структуры.
Результаты опубликованы в ACS Nano 28 июля. Старшие авторы — профессор механики Гай Генин и профессор биохимии Эллиот Элсон.
"Клинические усилия по предотвращению фиброконтрактильных заболеваний, таких как рубцевание и фиброз, были в основном неудачными, отчасти потому, что механизмы взаимодействия клеток с белковыми волокнами вокруг них неясны", — сказала Шакиба. — "Мы обнаружили, что фибробласты используют совершенно разные механизмы на ранних — и, я думаю, наиболее поддающихся лечению — стадиях этих взаимодействий".
Исследователи опровергли предыдущую модель: клетки не вытягивают длинные выступы, чтобы "схватить" коллаген матрикса. Вместо этого:
- Клетка сначала проталкивается через коллаген.
- Затем из боковых сторон её "рук" выстреливают микроскопические волоски — филоподии.
- Филоподии втягивают коллаген, после чего клетка сокращается.
"Теперь, когда мы понимаем этот процесс, мы можем контролировать форму, которую принимает клетка", — сказал Генин. — "У нас есть основные правила, которым следуют клетки. Мы можем начать проектировать специфические стимулы, чтобы направлять поведение клетки".
Учёные научились управлять формой клетки двумя способами:
- Контролируя границы вокруг неё.
- Подавляя или усиливая активность конкретных белков, участвующих в ремоделировании коллагена.
В процессе заживления фибробласты стягивают края раны, а затем ремоделируют внеклеточный матрикс. Ключевую роль играет баланс между напряжением и сжатием внутри клетки, контактирующей с волокнистыми белками.
"Играя с этим балансом в актиновых кабелях, мы можем заставить эти выступы расти очень длинными", — отметил Генин. — "Мы можем остановить ремоделирование или усилить его".
Команда впервые применила 3D-картографическую технику к коллагену вместе с вычислительной моделью для расчёта полей деформации и напряжения. По мере накопления коллагена клетками, напряжение приводило к формированию коллагеновых трактов, что требует кооперативного механического взаимодействия между клетками.
"Новые методы микроскопии, тканевой инженерии и биомеханического моделирования значительно углубляют наше понимание механизмов, с помощью которых клетки модифицируют и восстанавливают ткани", — сказал Элсон.
Это открытие открывает путь к управлению процессом заживления.
"Заживление ран — отличный пример важности этих процессов", — заключил Генин. — "Мы сможем понять, как "научить" клетки не чрезмерно уплотнять коллаген вокруг себя".