Naukowcy z University of California w San Francisco (UCSF) stworzyli „klej” komórkowy, który pozwala  na precyzyjnie kierowanie tym, jak komórki łączą się ze sobą. „To bardzo ekscytujące, że teraz rozumiemy znacznie lepiej, jak ewolucja mogła zacząć budować ciała” – podkreśla dr Stevens, pierwszy autor artykułu, w którym opublikowano odkrycia. Jest to przełomowy krok w dziedzinie medycyny regeneracyjnej.

Jak wyjaśnił dr Adam Stevens , członek Hartz Fellow w Cell Design Institute, dzięki nowemu odkryciu naukowcy będą w stanie zaprojektować tkanki do modelowania stanów chorobowych, aby ułatwić badanie ich w tkance ludzkiej. To ważne odkrycie w kierunku budowy tkanek i narządów, a także regeneracji tkanek, leczenia ran czy odbudowy nerwów.

Czym są cząsteczki adhezyjne?

Cząsteczki adhezyjne występują w całym organizmie i umożliwiają przyleganie komórki do innej komórki lub substancji (macierzy) międzykomórkowej. Ich zadaniem jest utrzymanie dziesiątek bilionów komórek razem w określonych strukturach. Mogą również wytaczać kierunek ruchu (migracji) komórek w środowisku zewnątrzkomórkowym. Taki proces zachodzi np. podczas tworzenia się nowych naczyń krwionośnych (angiogenezy). Adhezja komórek była kluczowym osiągnięciem w ewolucji organizmów wielokomórkowych, a niestandardowe cząsteczki adhezyjne mogą pomóc w głębszym zrozumieniu, jak rozpoczęła się ścieżka od organizmów jednokomórkowych do wielokomórkowych.

Cząsteczki adhezyjne naturalnie występują w białku błony komórkowej, a dzięki nim dziesiątki bilionów komórek tworzy wysoce zorganizowane struktury, w tym obwody neuronalne, a komórki odpornościowe znajdują właściwe cele. Dzięki przyleganiu komórek łatwiejsza jest również komunikacja pomiędzy komórkami, a więc organizm może działać jako samoregulująca się całość.

Czy będzie możliwe budowanie nowych tkanek i narządów?

W nowym badaniu, którego wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature”, naukowcy z University of California stworzyli komórki zawierające dopasowane cząsteczki adhezyjne, które w sposób przewidywalny wiążą się z określonymi komórkami partnerskimi, tworząc złożone zespoły wielokomórkowe.

– Byliśmy w stanie zaprojektować komórki w sposób, który pozwala nam kontrolować, z którymi komórkami wchodzą w interakcję, a także kontrolować charakter tej interakcji. To otwiera drzwi do budowania nowych struktur, takich jak tkanki i narządy – tłumaczy prof. Wendell Lim, dyrektor Cell Design Institute UCSF.

Tkanki i narządy zaczynają się kształtować w macicy matki i kontynuują rozwój przez dzieciństwo. Jednak z czasem proces generatywny zanika, co wiąże się z utratą możliwości do samoistnego leczenia urazów i chorób.

Jakość wiązania komórek

Na uniwersytecie w San Francisco trwają prace umożliwiające doprowadzenie do tego, by dojrzałe komórki zachowywały się „niedojrzale”, co da im możliwość tworzenia nowych połączeń. Do tego jednak potrzebna jest umiejętność precyzyjnego zaprojektowania interakcji między komórkami.

– Właściwości tkanki, na przykład skóry, zależą w dużej mierze od tego, jak zorganizowane są w niej różne komórki – powiedział dr Stevens. – Opracowujemy sposoby kontrolowania tej organizacji komórek, która ma kluczowe znaczenie dla możliwości syntezy tkanek o właściwościach, które chcemy, aby miały – dodał ekspert.

Różnice we właściwościach poszczególnych tkanek wynikają miedzy innymi z tego, jak mocno są połączone tworzące je komórki. W narządach, np. w wątrobie czy płucach, większość komórek jest mocno związana, podczas gdy w układzie odpornościowym konieczna jest zdolność do przemieszczania się poprzez naczynia krwionośne i pomiędzy komórkami, by dotrzeć do zagrażającego organizmowi patogenu.

Naukowcy postanowili więc zaprojektować cząsteczki adhezyjne jako dwuczęściowe, aby wpływać na jakość wiązania komórek. Oznacza to, że część cząsteczki na zewnątrz komórki określa, z jakimi innymi komórkami będzie oddziaływać. Z kolei druga część, wewnątrz komórki, będzie decydować o sile tworzącego się wiązania. Obie części będzie można mieszać i dopasowywać, tworząc szereg dostosowanych komórek, które łączą się na różne sposoby.

– Nasza praca ujawnia elastyczny kod adhezji molekularnej, który określa, które komórki będą oddziaływać i w jaki sposób. Teraz, gdy zaczynamy to rozumieć, możemy wykorzystać ten kod do kierowania tym, jak komórki łączą się w tkanki i narządy – wyjaśnił dr Stevens.

Źródła: PAP