Институт регенеративной медицины

Аннотация проекта:

В последние десятилетия регенеративная медицина стала самым перспективным направлением биомедицины. Поскольку клинические исследования методов клеточной терапии и трансплантации тканеинженерных конструкций не показали ожидаемой эффективности, стала очевидна необходимость поиска подходов для стимуляции эндогенной регенерации и возможностей направленной регуляции этого процесса. Разработка таких подходов требует фундаментальных знаний о механизмах обновления и восстановления тканей, которые в настоящий момент интенсивно накапливаются в мировой науке. Целями данного проекта является выяснение механизмов обновления тканей и их восстановления после повреждения и создание научных основ для разработки новых методов регенеративной медицины. Установлено, что важнейшую роль в поддержании клеточного состава тканей и их восстановлении после повреждения играют стволовые клетки в сочетании с их микроокружением (нишей). В большинстве тканей организма человека необходимым компонентом таких ниш являются мезенхимные стволовые/стромальные клетки (МСК). Эти клетки могут регулировать пролиферацию, мобилизацию и дифференцировку тканеспецифичных стволовых клеток. Вместе с тем, МСК дают начало определенным типам клеток и матриксу стромы тканей. Важнейшими системными регуляторами активности стволовых клеток, в том числе их способности к направленной дифференцировке, могут являться гормоны, метаболиты и нейромедиаторы, поступающие из кровотока и нервных окончаний. Ранее, при выполнении проектов, поддержанных РНФ, на примере МСК жировой ткани человека мы установили, что стволовые клетки могут быть чрезвычайно гетерогенны в отношении способности отвечать на гормональный стимул, поэтому для получения дефинитивных результатов нами были разработаны подходы, обеспечивающие регистрацию событий в одиночных клетках. С помощью такого подхода ранее нами был обнаружен уникальный для постнатальных стволовых клеток механизм повышения чувствительности МСК к норадреналину при повторном действии того же гормона. При этом происходит переключение внутриклеточной сигнализации с цАМФ-зависимой на кальций-зависимый путь передачи сигнала. Однако остаются неизвестными как взаимосвязь обнаруженной нами гетерологической сенситизации с выбором направления дифференцировки МСК, так и сами молекулярные механизмы влияния гормонов и нейромедиаторов на дифференцировку этих клеток. В настоящем проекте будет детально исследован этот процесс, для чего мы будем применять имеющиеся у нас препаративный сортер и микроскоп, позволяющий регистрировать активацию путей внутриклеточной сигнализации в одиночных клетках. В результате выполнения проекта будет впервые установлена взаимосвязь между способностью МСК к рецепции гормонов и нейромедиаторов и выбором пути их дифференцировки в адипогенном и остеогенном направлениях; с помощью секвенирования РНК в одиночных клетках будут выявлены субпопуляции, различающиеся по способности к рецепции гормонов и нейромедиаторов, а также субпопуляции клеток, коммитированных в адипогенном и остеогенном направлениях; с помощью анализа состава кондиционированной среды МСК, обработанных гормонами или нейромедиаторами, и выявления ее компонентов, определяющих чувствительность МСК к действию гормонов, будет установлен вклад секреторной активности МСК в регуляцию их способности рецептировать гормоны и нейромедиаторы. Основным доказанным механизмом участия МСК в восстановлении тканей оказалась секреция биологически активных молекул, включая ангиогенные, нейротрофные, иммуномодулирующие, белки внеклеточного матрикса (ВКМ), факторы, стимулирующие метаболизм клетки, а также внеклеточные везикулы, и переносимые ими некодирующие РНК, в том числе регуляторные микроРНК. В данном проекте с помощью современных методов транскриптомного и протеомного анализа будут исследованы про- и антифиброзные медиаторы, входящие в секретом МСК. Физиологическая роль отдельных молекул в составе секретома МСК будет установлена на модели фиброза in vitro с использованием методов редактирования генома. В проекте также будут изучены механизмы участия МСК в формировании ниши тканеспецифичных стволовых клеток и ее восстановлении после повреждения на примере жировой и тестикулярной ниши. В частности, будет проанализирована секреторная активность МСК и продукция ими белков внеклеточного матрикса в процессе формирования ниши; будут установлены механизмы взаимодействия стволовых клеток с МСК в процессе формирования ниши; с помощью иммунофлюоресцентного анализа будут оценены изменения состава и структуры ниши, а также секреторной активности входящих в нее клеток при повреждении ткани; будет исследовано влияние повреждения на активность (дифференцировочную способность, пролиферацию) стволовых клеток; будет идентифицировано стромальное микроокружение in vivo; будет создана модель формирования ниши in vitro. Решение задач проекта обеспечит значительный прогресс в понимании механизмов участия гормонов и нейромедиаторов в регуляции обновления клеточного состава тканей человека, роли МСК в репарации тканей. Будут обнаружены новые механизмы регуляции активности стволовых клеток, найдены новые способы предотвращения фиброза тканей. Разработка и внедрение новых подходов регенеративной медицины, направленных на стимуляцию эндогенной регенерации, позволит повысить продолжительность и качество жизни населения РФ.