Разработаны новые линии стволовых клеток, активируемые синим светом
Исследовательская группа под руководством профессора Кристофа Визнера из Института биотехнологий IMC Университета прикладных наук Кремса успешно завершила проект. Учёные генетически модифицировали специальные рецепторы (Toll-подобные рецепторы, TLRs) на стволовых клетках так, чтобы их можно было активировать синим светом.
Такие оптогенетические методы позволяют точно контролировать биологические сигнальные пути в клетках, валидировать их в физиологически релевантных условиях и создавать модели заболеваний. Новые оптогенетические клеточные линии также внесут ценный вклад в понимание механизмов болезней и разработку инновационных целевых терапевтических подходов.
Работа опубликована в журналах Frontiers in Immunology и International Journal of Molecular Sciences.
MSCs — клетки-универсалы
В проекте использовались мезенхимальные стромальные клетки (MSCs) — взрослые стволовые клетки, которые встречаются в различных тканях и могут дифференцироваться в разные типы клеток.
В организме MSCs существуют в двух различных состояниях (MSC1 и MSC2) с разными функциями:
- MSC1 оказывают провоспалительное действие, то есть способствуют воспалительным реакциям и поддерживают иммунную систему в борьбе с инфекциями и опухолями.
- MSC2 обладают противовоспалительным эффектом, подавляя воспалительные реакции. Это полезно при хронических воспалениях, аутоиммунных заболеваниях или для восстановления тканей после повреждений.
Известно, что все MSCs несут на своей поверхности Toll-подобные рецепторы (TLRs), которые распознают молекулярные паттерны патогенов и запускают иммунный ответ. Однако точные механизмы, с помощью которых активация разных TLRs приводит к развитию двух форм MSCs, до сих пор плохо изучены.
Вопрос регуляции
Основываясь на гипотезе, что MSCs могут выполнять разные функции в зависимости от типа активированного TLR и силы стимула, команда использовала трансгенные и оптогенетические подходы, чтобы выяснить механизмы поляризации MSCs в формы MSC1 и MSC2.
«Для этого мы встроили светочувствительные белки в TLRs, чтобы мы могли включать рецепторы светом и выключать снова в темноте», — объясняет профессор Визнер.
Было показано, что TLR4 и TLR10 после внедрения в клеточные линии легко контролировались светом. Наблюдения подтвердили, что оптогенетические конструкции работают идеально:
- Активация TLR4 приводила к выработке провоспалительных молекул, аналогично бактериальной инфекции.
- Активация TLR10 регулировала как провоспалительные, так и противовоспалительные молекулы.
Обширный анализ супернатанта культивируемых линий MSC выявил многочисленные белки, указывающие на регенеративный потенциал клеток и ускоренное образование костных клеток после активации TLR10. Это делает новые клеточные линии полезными инструментами для исследования механизмов активации TLR4 и TLR10 и может дать новые подходы для терапевтических стратегий.
Перспективы применения
В рамках проекта ESPRIT новые оптогенетические клеточные линии тестируются не только в отдельных экспериментах. Оптогенетические стволовые клетки интегрируются в гетеротипические опухолевые клетки (колоректальная аденокарцинома); 96 таких миниатюрных опухолей культивируются параллельно, и оптогенетический подход тестируется на его антиканцерогенный потенциал. Первые эксперименты многообещающи.
Успешно завершённый проект привёл не только к опубликованным исследованиям, но и к дальнейшим научным проектам и ценным коллаборациям, включая:
- Последующий проект ESPRIT и программу обучения докторантов (doc.funds), которую координирует IMC Кремс совместно с Университетом прикладных наук Кремса и MedUni Vienna.
- Совместную с ABS Biotechnology GmbH заявку на введение оптогенетических конструкций в индуцированные плюрипотентные клетки и исследование их влияния на кардиомиоциты и макрофаги.
- Коллаборацию с KL Krems и Университетом UPEC (Париж) для изучения влияния супернатантов мезенхимальных стволовых клеток, активированных TLR, на нейроны и в моделях болезни Альцгеймера.