Istraživači AMOLF-a otkrili su da se matične ćelije prvo specijalizuju u funkcionalnu ćeliju, a zatim se kreću na svoju odgovarajuću lokaciju – umesto obrnuto.
Istraživači iz AMOLF-a u Amsterdamu i instituta Hubreht u Utrehtu otkrili su novi model koji pokazuje kako se matične ćelije specijalizuju u funkcionalne ćelije. Otkrili su da njihov položaj u organu nije toliko važan kao što tvrde sadašnji modeli. Umesto toga, matične ćelije prvo biraju svoj identitet pa tek onda prelaze na odgovarajući položaj.
Ova otkrića su napravljena korišćenjem crevnih organoida i nove TipeTracker tehnike, koja se sada može koristiti za razumevanje drugih organa na ćelijskom nivou i efekata mutacija i lekova. Nalazi su objavljeni 18. avgusta u časopisu Science Advances.
Naša creva sadrže različite vrste ćelija, od kojih svaka ima specifičan zadatak. Kao i na mnogim drugim mestima u našem telu, ćelije u crevima se stalno obnavljaju: matične ćelije se razvijaju u specijalizovane ćelije koje obavljaju funkciju, na primer, da luče supstance koje štite creva ili da apsorbuju hranljive materije iz hrane.
„Iz prethodnih istraživanja znamo da se matične ćelije nalaze u dolinama crevnog zida („kripte“), dok se većina specijalizovanih i funkcionalnih ćelija nalazi na vrhu planina („resice“)“, kažu Sander Tans i Jeroen van Zon, koji je zajednički rukovodio istraživanjem u AMOLF-u.
„Ćelije u crevnom zidu se obnavljaju otprilike svake nedelje, koristeći matične ćelije u kriptama koje rastu, dele se i migriraju u resice. Nekada smo mislili da pomeranjem nagore ka resicama, matične ćelije dobijaju uputstva da postanu funkcionalna ćelija. Ovo je bio veoma privlačan model, jer prirodno objašnjava kako su ove funkcionalne ćelije pozicionirane na pravoj lokaciji. Međutim, naši podaci pokazuju drugačiju sliku.“
Ovi podaci su dobijeni korišćenjem organoida: mini organa koji oponašaju originalni organ toliko realno da naučnici mogu da ih koriste da otkriju njegovo funkcionisanje ili da testiraju lekove. Dr. student Ksuan Zheng razvio je novu TipeTracker tehniku za proučavanje specijalizacije matičnih ćelija.
„Prvo snimam 3D film rastućeg organoida oko 60 sati“, kaže Dženg. „Dalje, analiziram ove snimke koristeći veštačku inteligenciju, koja daje koordinate svih ćelija dok se kreću i dele, a time i porodična stabla ćelija.
Istraživači su ovoj tehnici dodali korak koji je doveo do iznenađujućih uvida. Dženg kaže: „Identitet ćelija je određen određenim proteinima. Ali ne mogu se vizuelizovati svi relevantni proteini tokom procesa rasta. Zato sam umesto toga, nakon snimanja filma, koristio fluorescentna i obojena antitela koja specifično vezuju ove proteine, da bih vizuelizovao identitet ćelija.
„Shvatio sam da zbog strukture porodičnog stabla mogu da pokažem i kada su se identiteti ćelija menjali u prošlosti. To je kao porodično stablo za ljude: ako jedan deo porodice ima određenu bolest, a drugi ne. , možete pratiti porodično stablo unazad u vremenu da biste utvrdili kada je ta mutacija nastala.“
Ova nova vrsta podataka pokazala je da su matične ćelije usvojile svoj funkcionalni identitet mnogo ranije nego što se ranije mislilo. Oni su to uradili još duboko u kripti, pre nego što su migrirali prema regionu resica za koji se smatralo da predstavlja pokretač za početak procesa specijalizacije.
Na osnovu ovih eksperimenata ćelijskog porodičnog stabla, Dženg je formulisao novi model za to kako se crevne matične ćelije specijalizuju, koji istraživači nazivaju modelom „učini-pa-sortiraj“. „Sada znamo gde i kada počinju da se specijalizuju crevne matične ćelije. Ovo ima implikacije za sve vrste drugih istraživanja“, kaže Dženg.
„Smatra se da su različita medicinska stanja uzrokovana neravnotežom između tipova ćelija. Na primer, one koje luče hormone, što je povezano sa sindromom crevnog creva (IBS), osećajem punoće, ali i takozvanom osovinom creva i mozga. .
„Razumevanje načina na koji ćelije biraju svoj identitet je ključno za otkrivanje regulacije ove ravnoteže i za njeno kontrolisanje kroz medicinske intervencije. Štaviše, ako želimo da bolje razumemo koji molekularni signali stoje u osnovi izbora sudbine, moramo da pogledamo ranije faze, kada ćelije i dalje imaju snažan identitet matične ćelije i drugi poznati molekularni signali, kao što je VNT put koji igra ulogu u ćelijskoj specijalizaciji, i dalje su visoki.“
Oprema i procedura za TipeTracker metod su relativno jednostavni. Stoga je obećavajuće i za sve vrste drugih istraživanja organoida. „Identitet ćelije je centralni za sve funkcije organa i ranije je bio poznat samo na statičnim slikama. Ovaj metod omogućava da se sagleda dinamika na ćelijskom nivou. Može se, na primer, istražiti da li isti princip „uredi pa sortiraj“ važi i za druge organi sa potpuno drugačijom trodimenzionalnom strukturom, kao što je tkivo dojke koje se sastoji od kanala“, kaže Dženg.
„Lepota organoida je u tome što možete pratiti program rasta na ćelijskom nivou pod mikroskopom i kako se menja usled genetskih mutacija, lekova ili štetnih supstanci. Na kraju, nadamo se da ćemo otkriti molekularne pokretače koji određuju kako i kada potiču ćelije se specijalizuju.“
