Хабрахабр

Молоко из зубов: смена профессии для клеток

Одни источники считают, что их порядка 100 триллионов, другие — 37. Сколько клеток в человеческом теле? Кто-бы ни был прав, любой из этих вариантов поражает. 2. Клетки нервной системы, т.е. Клетки в организме любого живого существа выполняют самые разные функции в зависимости от их места происхождения. Красные кровяные тельца, т.е. нейроны, работают как мини-компьютеры, собирающие, хранящие, обрабатывающие и передающие информацию посредством электрических и химических реакций. Список можно продолжить, но суть проста — каждая клетка имеет свою четкую спецификацию, программу, если можно так выразиться, которой она будет следовать все свое существование. эритроциты, транспортируют жизненно важный кислород по всему телу. Ученые из Цюрихского университета (Швейцария) выяснили, что дентальные эпителиальные стволовые клетки мышей способны менять свою профессию под воздействием внешних факторов и переквалифицироваться в клетки молочных желез. Или это не так? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе исследовательской группы. Как именно ученым удалось это выяснить, насколько сложна процедура смены клеточной спецификации и насколько данное открытие значимо для лечения пациентов с раком молочной железы? Поехали.

Основа исследования

Что общего между кожей и зубами? Существует гипотеза, что зубы, как и сальные, молочные и потовые железы, волосы и ногти, являются эктодермальными придатками. Все эти производные элементы (придатки) обладают своей уникальной структурой, развивающейся вследствие непрерывных молекулярных перекрестных связей между эпителием и мезенхимой*.

иметь разные функции. Мезенхима* — совокупность клеток, которые имеют сходные морфологические признаки на определенном этапе внутриутробного развития, но впоследствии эти клетки будут относиться к разным группам по клеточной дифференцировке, т.е.

На ранних этапах развития организма у всех этих органов, следовательно, и их клеток, имеются очень схожие черты, но на более поздних этапах развития молекулярная реорганизация определяет их карьеру. Изменения в экспрессии регуляторных молекул могут приводить к тому, что клетка, развивающаяся по одной линии, резко ее поменяет.

Еще одним общим аспектом для всех эктодермальных органов является наличие популяции стволовых клеток, которые могут генерировать клетки различных типов, необходимых для гомеостаза и регенерации на протяжении всего цикла существования.

Недавние опыты позволили идентифицировать различные популяции эпителиальных стволовых клеток посредством отслеживания генетической линии в органах, таких как волосы, молочные железы и зубы.

Но вот у грызунов резцы растут постоянно. Если говорить конкретно про зубы, то у человека они, к сожалению, не регенерируют, не отрастают заново и не обновляются (на радость частных стоматологов). На задних концах резцов мышей были обнаружены мультипотентные* дентальные эпителиальные стволовые клетки (DESC — dental epithelial stem cell), которые экспрессируют маркеры стволовых клеток Gli1, Bmi1 и Sox2.

Мультипотентные* стволовые клетки порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка.

Логично, что эти стволовые клетки могут генерировать все зубные эпителиальные клетки. Но могут ли они создавать нечто другое?

Во время исследования регенерации молочной железы полученные из нее эпителиальные фрагменты или дезагрегированные (деленные на части) эпителиальные клетки трансплантируют в безэпителиальную мезенхиму молочной железы, т.е. Исследователи напоминают, что для идентификации эпителиальных стволовых клеток и оценки их пластичности при регенерации тканей чаще всего используется лабораторный анализ методом клеточной трансплантации, а молочные железы идеально подходят как объект анализа. Другими словами, клетки молодой железы превращают клетки жировой подкладки в себе подобных, наделяя их своими функциями. в жировую подкладку, для генерации функциональных протоковых эпителиальных структур.

В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые пошли дальше и решили провести так называемую химерную рекомбинацию клеток, использовав при этом дентальные эпителиальные стволовые клетки (DESC). Но этот классический анализ основан на применении функционирующих клеток молочной железы и нефункционирующих клеток, опять же, молочной железы.

Однако результаты были не самыми воодушевляющими. Подобные эксперименты уже проводились ранее с применением нейронов, клеток костного мозга, яичников и даже раковых клеток. Кроме того, полученные клетки не могли генерировать молочные протоки. Дело в том, что эти не-молочные эпителиальные клетки не росли в структуре молочной железы без поддержки эпителиальных клеток молочной железы (MEC — mammary epithelial cell). Проще говоря, эти клетки становились клетками молочной железы, но не функциональными.

Рассмотрим же как им это удалось. Но вот ученым из Цюриха в своем труде удалось достичь ранее невиданного — заставить дентальные эпителиальные стволовые клетки генерировать не зубные клеточные линии.

Результаты исследования

Как и в классических лабораторных исследованиях, в данном труде был использован метод регенерации молочной железы для оценки пластичности DESC клеток, а также их умения генерировать эпителиальные клетки молочной железы после трансплантации в жировые отложения ().


Изображение №1

DESC, экспрессирующие маркеры как эпителиальных, так и стволовых клеток (1B), были получены из цервикальной петли* резцовых зубов с помощью зеленого флуоресцентного белка (GFP) для идентификации.

Цервикальная петля* — область на эмалевом органе в развивающемся зубе, где соединяются наружный и внутренний эмалевые эпителии.

Полученные DESC были смешаны с первичными эпителиальными клетками молочной железы (MECs) и введены в безэпителиальные жировые прокладки молочной железы мышей, иммунокомпрометированных геном RAG1 (ген, активирующий рекомбинацию).

Линии клеток, полученные из этих двух клеточных популяций, определялись по экспрессии GFP для DESC и индуцированной лентивирусом экспрессии флуоресцентного белка DsRed для MEC.

В качестве контрольной группы использовались мыши, которые получали инъекции только MEC клеток.

5 день беременности (1J и 1K) в молочных железах DESC и MEC клетки образовали химерные протоковые структуры, состоящие из GFP-положительных клеток, происходящих из DESC, и DsRed-положительных клеток MEC. Через 8 недель после трансплантации (1C1I) и на 16.

Для этого было проведено двойное иммунофлуоресцентное окрашивание для GFP и кератина 14 (Krt14), которые являются маркерами базальных / миоэпителиальных клеток в молочной железе взрослого человека. Далее ученые решили провести более детальный анализ распределения трансплантированных DESC в развивающихся химерных протоках.


Изображение №2

GFP-положительные клетки наблюдались как в Krt14-положительных миоэпителиальных*, так и в Krt14-отрицательных люминальных* компартментах* (2C-2K).

Данный тип клеток окружает секреторные отделы и выводные протоки молочных, слюнных, слезных и потовых желез. Миоэпителиальные клетки* — экспрессируют белки, характерные для эктодермального эпителия и для гладкомышечных клеток.

Большинство разновидностей рака молочной железы возникают именно из люминальных клеток. Люминальные клетки* — выстилают апикальную (верхушечную) поверхность нормального молочного протока и обладают секреторными свойствами.

Компартмент* — пространство внутри клетки, окруженное мембраной и связанное с исполнением определенной клеточной функции.

Из всех эпителиальных компартментов химерных протоков молочной железы около 20% клеток происходили от DESC. Люминальный эпителий молочной железы, как напоминают нам ученые, является весьма сложной структурой из различных клеточных популяций, которые можно классифицировать на две группы: протоковые и альвеолярные.

Среди этих клеток есть те, что экспрессируют альфа рецепторы эстрогена. Протоковые клетки выстилают эпителиальные протоки. Они отвечают за активацию паракринной передачи сигналов (касательно соединения клеток в конкретном органе), необходимой для удлинения эпителия молочной железы при воздействии пубертатных эстрогенов.

Альвеолярные клетки, в свою очередь, являются основой секретирующих молоко альвеолярных отростков, которые возникают во время поздней беременности.

Двойная иммунофлуоресценция для GFP (зеленый флуоресцентный белок) и ER (рецептор эстрогена) в химерном эпителии показала, что GFP-положительные клетки могут давать как ER-положительные, так и ER-отрицательные люминальные клетки (2L-2N).

Способность GFP-положительных клеток индуцировать образование люминальных клеток была дополнительно подтверждена с помощью двойного иммунофлуоресцентного окрашивания для GFP и кератина 8.

Одним из самых важных наблюдений во время иммунофлуоресцентного и иммуногистохимического анализа было то, что GFP-положительные DESC клетки могут преобразовываться в полностью функциональный фенотип β-казеин* положительные альвеолярные клетки, продуцирующие молоко (-2R).

Казеин* — один из основных белков в составе молока (40% в женском молоке).

На следующем этапе исследования ученые решили проверить насколько DESC клетки пластичны и способны ли они перепрограммировать регенерацию протоков при отсутствии эпителия молочной железы.

Для этого был проведен лабораторный анализ методом клеточной трансплантации, но без применения эпителиальных клеток молочной железы, когда DESC вводились напрямую в жировую подкладку ().


Изображение №3

Иммунофлуоресценция для GFP и детальный гистологический анализ показали, что эти образования возникли исключительно за счет клеток, происходящих из DESC (), и то, что они окружены плотной фиброзной (соединительной) тканью (3C и 3D). Флуоресцентный анализ всей структуры (без диссекции) выявил образование GFP-экспрессирующих небольших разветвленных эпителиальных структур ().

Для более подробного анализа этих образований была проведена оценка распределения Krt14 и ER. Морфология клеток, составляющих рудиментарные протоки, была достаточно разнообразной: от сплюснутой до столбчатой ​​формы (3D).

ER-экспрессирующие клетки были также обнаружены в эпителии этих протоков, но их экспрессия была значительно ниже, чем в полностью развитых химерных эпителиальных образований молочных желез (3H). Иммунофлуоресцентный анализ показал, что эти структуры состоят как из Krt8-экспрессирующих люминальных клеток, так и из Krt14-положительных миоэпителиальных клеток (3F и 3G).

Это говорит о том, что полученные клетки вполне способны инициировать дифференцировку в направлении вырабатывающих молоко альвеолярных клеток. Также была обнаружена экспрессия казеина в некоторых протоках, происходящих из внедренных DESC (3I).

Дело в том, что эти клетки относятся к продуцентам органических составляющих зубной эмали. Еще более любопытным наблюдением стало наличие экспрессии амелогенина, являющегося типичным маркером дифференцировки амелобластов (3J). Следовательно, можно предположить, что имеет место как минимум частичная клеточная память о ее происхождении, несмотря на смену спецификации клеток.

На данном этапе исследования такие кистозные образования возникали в 80% случаев, однако данный показатель будет уменьшаться в ходе совершенствования методики. К сожалению, некоторые из созданных структур преобразовывались в кистозные образования (3K-3M), для которых характерны уплощенные эпителиальные клетки, образующие монослой (3L и 3M).


Изображение №4

Фиброз был обнаружен в некоторых жировых прокладках молочной железы, где внедрялись MEC и DESC, а также во всех жировых подкладках при внедрении только DESC (4A и 4B). Во время проведения трансплантации DESC клеток достаточно часто наблюдалось образование плотной фиброзной ткани. Неэпителиальная ткань, окружающая протоки, была составлена из очень плотной сети коллагеновых волокон, как показало трихромное окрашиванием Массона* (4C и 4D).

Трихромное окрашивание Массона* — метод в гистологии, когда различные ткани окрашиваются разным цветом, что позволяет четко определить их наличие/отсутствие, распространенность и концентрацию.

Для определения происхождения фиброзной ткани было проведено двойное иммунофлуоресцентное окрашивание для GFP (зеленый флуоресцентный белок) и SMA (гладкомышечный актин), который является маркером миофибробластов*, ассоциированных с фиброзной тканью

В случае повреждения тканей, фибробласты участвуют в заживлении, стягивая рану. Миофибробласт* — тип клеток, которые одновременно напоминают фибробласт и клетку гладких мышц.

GFP-положительные и SMA-положительные клетки, происходящие из DESC, были обнаружены в неэпителиальных компонентах молочной железы, то есть в фиброзной ткани, окружающей протоки и кисты (4E и 4F).

GFP-положительные и фибронектин-положительные ткани также присутствовали вокруг протоков в фиброзной ткани (4H). Кроме того, в тканях, окружающих протоки и кисты, также был выявлен фибронектин (гликопротеин внеклеточного матрикса), который является основным компонентом стромы молочной железы, а также фиброзной ткани (4G).

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Суммируя все вышесказанное, можно однозначно утверждать, что дентальные эпителиальные стволовые клетки могут генерировать все линии эпителиальных клеток молочной железы в процессе регенерации протоков молочной железы. Это говорит об их пластичности и потенциале дифференцировки по нескольким линиям.

Имея такую высокую степень пластичности, DESC могут использоваться в регенерации тканей, которые не имеют никакого отношения к зубам. Еще более важным открытием является факт того, что на данный момент только DESC клетки способны инициировать морфогенез ветвления, специфичный для молочной железы, в отсутствие какого-либо эпителия молочной железы.

Конечно, многие ученые сейчас сосредоточены на поиске методов лечения самого рака. Кроме того, данный труд продемонстрировал новые методы борьбы с последствиями радикального лечения рака молочной железы. Однако, пока эти чудо-методы не реализованы, создание техники, позволяющей регенерировать утраченные ввиду хирургического вмешательства ткани заслуживает особого внимания.

И пока врачи лечат, а ученые ищут новые инструменты для борьбы с болезнью, родные и близкие пациентов, которые страдают от этого недуга, должны дарить им свою любовь, заботу и поддержку. Рак молочной железы, как и любой другой вид онкологии, это ужасное заболевание, которое уничтожает как физическое, так и ментальное здоровье человека. А вера в выздоровление это первый шаг на пути его достижения. Да, добрые слова не смогут уничтожить раковые клетки, но они могут разогнать тоску, печаль, чувство безысходности и подарить веру в будущее и веру в выздоровление.

🙂 Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими, любите своих близких, и хорошей всем рабочей недели, ребята.

Вам нравятся наши статьи? Спасибо, что остаётесь с нами. Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4. Хотите видеть больше интересных материалов? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4). 99, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер?

6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2. 2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. Dell R420 — 2x E5-2430 2. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть