Российские исследователи разработали флуоресцентный биосенсор K9-MILo, который позволяет в режиме реального времени наблюдать, в каком направлении будут развиваться живые стволовые клетки. Уже на второй день эксперимента система с высокой точностью определяла, превратится ли клетка в костную или жировую ткань. Разработка может значительно повысить безопасность клеточной терапии и регенеративной медицины. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда и опубликовано в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.
Светящийся белок заглянул в будущее клетки
Стволовые клетки костного мозга способны превращаться в различные типы тканей. Их дальнейшую «судьбу» определяют эпигенетические механизмы — особые молекулярные метки, которые включают одни гены и выключают другие. Одной из таких меток служит H3K9me3, связанная с неактивными участками ДНК. До сих пор ученые не могли наблюдать перераспределение этих меток непосредственно в живых клетках, не разрушая их.
Специалисты Московского государственного университета имени Ломоносова решили эту проблему, создав искусственный белок K9-MILo. Он объединяет флуоресцентный белок и молекулярный «якорь», который распознает именно метку H3K9me3. Благодаря этому исследователи смогли отслеживать изменения внутри клеточного ядра на протяжении 13 суток.
Нейросеть обработала более 15 тысяч снимков
Во время эксперимента ученые получили свыше 15 тысяч изображений клеточных ядер. Их проанализировали алгоритмы машинного обучения, способные выявлять едва заметные различия в распределении эпигенетических меток.
Результат оказался неожиданно быстрым: уже спустя два дня после начала дифференцировки клетки четко разделились на две группы — будущие клетки костной ткани и будущие клетки жировой ткани. Это произошло задолго до появления привычных биологических признаков специализации. По мнению авторов, такой подход позволит заранее контролировать качество клеточного материала перед трансплантацией и выбирать наиболее подходящие клетки для восстановления поврежденных тканей. Особенно важно это для борьбы с возрастной потерей костной массы и остеопорозом, при которых стволовые клетки часто превращаются не в костные, а в жировые клетки.
После введения «маяка» в человеческие стволовые клетки мы не увидели никаких негативных эффектов, тогда как стандартные красители для визуализации белков и ДНК часто очень токсичны, из‑за чего их не удается использовать для длительного наблюдения за культурой. В перспективе технология позволит оценивать стадию созревания и однородность клеток, используемых в регенеративной медицине — например, для лечения переломов и восстановления сердечной ткани, — непосредственно перед их введением пациенту. Это позволит избежать побочных эффектов, в частности образования опухолей, и обеспечит предсказуемый терапевтический результат
Лидия Путляева
Эпигенетические метки не изменяют последовательность ДНК, но способны управлять активностью тысяч генов, фактически определяя поведение клетки.
Ранее эта же команда ученых показала, что даже одинаковые стволовые клетки способны самостоятельно формировать плотные «островки», где значительно активнее превращаются в костную и хрящевую ткань, чем в жировую.
Возможность наблюдать за живыми клетками без их разрушения считается одним из ключевых направлений современной регенеративной медицины, поскольку позволяет контролировать качество клеточных препаратов до их пересадки пациентам.
Недавно учеными был назван фактор долгой жизни после пересадки почки.
Источник: hi-tech.mail.ru