Институт регенеративной медицины

Аннотация проекта:

Изучение регуляции дифференцировки постнатальных стволовых клеток (СК) является одной из самых сложных задач в клеточной биологии и представляет интерес как для фундаментальной науки, так и для медицины. Постнатальные СК содержатся во всех тканях и являются основной движущей силой их обновления или восстановления после травм или болезней. Состояние и степень их дифференцировки контролируются специфическим микроокружением, которое получило название «ниши», предложенное R. Scofield в 1978 году. Современное развитие этой концепции привело к тому, что под функциональной единицей регенерации понимают именно СК в “нише”, компоненты которой определяют как покоящееся, так и активированное состояние клетки. При этом “ниша”, расположенная в строме (т.н. “стромальная ниша)”, где находится большая часть постнатальных СК, не имеет четкой анатомической локализации и представляет собой мигрирующий “фокус стимулов” в ткани. По этой причине исследование механизмов функционирования “ниши” in vivo (за исключением специализированных тканей — например, костного мозга), весьма затруднительно. Переход к общепринятой культуре СК in vitro также не решает этой проблемы в связи с тем, что вне ткани СК утрачивает контакт с матриксом и поддерживающими клетками “ниши”, а также лишается воздействия секретируемых пара- и аутокринных факторов. Действительно, часть этого микроокружения генерируется самими СК, однако в культуре объем среды превышает объем клеток на несколько порядков и действие наработанных клетками факторов нивелируется из-за их ничтожных концентраций.
Решению этой задачи будет способствовать переход к использованию микрофлюидных систем, где микро- и нанолитровые объемы среды культивирования позволяют добиться условий и локальных концентраций ближе к физиологическим. Кроме того, управляя скоростью тока среды, можно добиться постоянного поддержания условий, в которых секретируемые факторы будут накапливаться в окружении клеток или удаляться с током свежей среды, разделяя таким образом “внутренние” и “внешние” стимулы для создания управляемой модели “ниши” СК.
В проекте мы планируем использовать данный подход для создания “модельной ниши”, в которой будут выяснены механизмы регуляции дифференцировки постнатальных СК на примере адипоцитарной дифференцировки мезенхимных стволовых/стромальных клеток человека. В частности, предполагается изучить роль регуляторных молекул, продуцируемых самими СК (из семейства Wnt, TGF-beta и др.), а также оценить влияние окружения в микрофлюидной системе на скорость и эффективность дифференцировки с помощью репортерных конструкций, позволяющих вести прижизненное наблюдение за адипогенезом в клетках. Ожидаемые результаты проекта позволят расширить представления о механизмах контроля дифференцировки и мобилизации СК, а также создадут оригинальный методический задел для дальнейших исследований в этой области.