Ученые обнаружили, что стволовые клетки человека можно заставить превращаться в костные — просто пропуская их через узкие пространства.

Это открытие может изменить подход к восстановлению костей и регенеративной медицине.

Исследование показало: когда клетки протискиваются сквозь тесные промежутки, как между тканями, это влияет на их развитие.

Теперь можно управлять поведением клеток не только химическими сигналами, но и физическим воздействием.

Работу возглавил Эндрю Холле, доцент кафедры биомедицинской инженерии Национального университета Сингапура. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.

Как это работает

Команда Холле изучала мезенхимальные стволовые клетки (МСК) — они есть в костном мозге и могут становиться костными, хрящевыми или жировыми клетками. Ученые создали систему микроскопических каналов, имитирующих узкие пространства в теле.

Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) — это «универсальные солдаты» организма, способные превращаться в костные, хрящевые или жировые клетки. Их добывают из костного мозга, жировой ткани или пульпы зубов. В медицине используют для восстановления поврежденных тканей, потому что они легко приживаются и могут замещать поврежденные участки.

Когда клетки проходили через самые тонкие каналы (всего 3 микрона), их форма и структура менялись. Активировался ген RUNX2, отвечающий за формирование костей. И что удивительно — даже после выхода из каналов клетки «помнили» это давление и продолжали меняться.

Все привыкли думать, что судьбу стволовых клеток определяют химические сигналы, — говорит Холле. — Но оказалось, даже простое сжатие может запускать превращение.

Почему это важно

Сейчас для управления стволовыми клетками используют химические вещества или выращивают их на материалах разной жесткости.

Но метод сжатия проще, дешевле и, возможно, безопаснее.

Что дальше

• Улучшение материалов для восстановления костей — можно создать структуры, которые будут направлять клетки без химии.
• Тестирование на травмах — проверят, ускоряют ли «прессованные» клетки заживление.
• Возможное применение в борьбе с опухолями — МСК движутся к раковым клеткам, и, возможно, их можно «натренировать» лучше проникать в плотные ткани.

А еще ученые хотят проверить метод на более универсальных стволовых клетках, например, индуцированных плюрипотентных (ИПСК), которые могут превращаться почти в любые ткани.

Мы подозреваем, что механическое давление играет роль даже в эмбриональном развитии, — говорит Холле. — Клетки в зародыше постоянно двигаются в тесноте, и это может определять их судьбу.

Главный плюс исследования — упрощение и удешевление регенеративной медицины. Сегодня для направленной дифференцировки стволовых клеток используют дорогие ростовые факторы или генетические модификации. Если механическое воздействие сможет их заменить, терапия станет доступнее.

Второе преимущество — точность. Химические сигналы не всегда предсказуемы, а физические параметры (ширина каналов, давление) можно рассчитать и контролировать.

Третье — безопасность. Чем меньше химии и генного редактирования, тем ниже риск побочных эффектов.

Пока неясно, насколько устойчив эффект «механической памяти». Клетки сохраняли изменения после одного прохода, но как долго? Если дифференцировка обратится через несколько часов, метод потеряет практическую ценность.

Кроме того, исследование проводилось in vitro — в искусственной среде. В реальном организме клетки сталкиваются с комплексным воздействием: химия, механика, соседние ткани. Не факт, что простого сжатия хватит для устойчивого эффекта.

Ранее стало известно, что микрогравитация усиливает способность клеток регенерировать.