_ Prin exercitarea „crowd” controlul asupra celulelor de șoarece, oamenii de știință fac progrese către inginerie țesuturilor

Genele nu sunt singurul motor care instruiește celulele să construiască structuri, țesuturi și organe multicelulare. Într-o lucrare publicată în Nature Communications, om de știință de la USC Stem Cell Leonardo Morsut și biologul computațional de la Caltech Matt Thomson caracterizează influența unui alt factor important de dezvoltare: densitatea celulară sau cât de strâns sau strâns celulele sunt împachetate într-un spațiu dat.

Atât în ​​modelele de calcul, cât și în experimentele de laborator, echipa de oameni de știință a folosit densitatea celulară ca un instrument eficient pentru a controla modul în care celulele de șoarece se modelează în structuri complexe.

„Această lucrare reprezintă progresul către obiectivul nostru de ansamblu: ingineria țesuturilor sintetice”, a spus Morsut, profesor asistent de biologie a celulelor stem și medicină regenerativă și inginerie biomedicală la Keck School of Medicine din USC.

„Țesuturile sintetice ar putea avea aplicații medicale nesfârșite, de la testare. potențiale medicamente sau terapii pentru furnizarea de grefe sau transplanturi pentru pacienți.”

Studiul a folosit două tipuri de celule de șoarece – celule de țesut conjunctiv și celule stem – concepute pentru a transporta un sistem de comunicare celulară sintetică sau „circuit genetic”. Acest circuit se bazează pe ceva dezvoltat de Morsut, numit „synNotch”, care este o proteină pe care oamenii de știință o transformă genetic într-o celulă pentru a servi drept „senzor”.

Situat pe suprafața unei celule, acest senzor bazat pe proteine. recunoaște un semnal extern care declanșează celula să răspundă, de obicei, pornind o genă definită de utilizator.

Pentru această serie specială de experimente, oamenii de știință au folosit synNotch pentru a porni un circuit care include fluorescență verde și un mod de a propaga semnalul în continuare – deși ar putea fi folosit pentru a activa orice genă. Fluorescența a făcut ușoară observarea celulelor pe măsură ce formau modele. De exemplu, într-un domeniu de celule, oamenii de știință ar putea crea un model de inele fluorescente verzi care emană dintr-un punct central.

În timpul acestor experimente, co-primul autor Marco Santorelli, post-doctorat în Laboratorul Morsut, a observat că celulele identice genetic nu au produs întotdeauna aceleași modele.

„Am vedea rezultate diferite ale modelării atunci când am începe cu celule identice genetic în numere diferite”, a spus Morsut.

"Deci a fost derutant la început. Îmi amintesc că Marco a intrat și mi-a spus odată că experimentul a funcționat, dar numai pe jumătate din farfurie. Și când ne-am uitat la el mai atent, am început să vedem că există un gradient. a densității celulare care părea să se coreleze cu diferențele de modelare.”

Peste o anumită densitate celulară, synNotch a exercitat un efect mai slab și nu a produs aceleași modele. Complicând și mai mult lucrurile, densitatea celulelor s-a schimbat constant, pe măsură ce celulele au proliferat la ritmuri în continuă schimbare – interacționând în moduri complexe cu circuitul genetic synNotch.

Co-autorul principal Pranav S. Bhamidipati, candidat la USC-Caltech MD -Dr. care a fost membru al laboratoarelor Morsut și Thomson, a devenit interesat de construirea unui model de calcul care ar putea prezice și clarifica acest comportament complex și dinamic al celulei.

„Pentru mine, aceasta a fost una dintre primele ori. în viața mea, unde modelarea computațională a fost capabilă să prezică comportamente care arată ca ceea ce se întâmplă de fapt în celule”, a spus Thomson, care este profesor asistent de biologie computațională la Caltech și cercetător la Heritage Medical Research Institute.

„Aici, ne-a ajutat să ne gândim la modul în care densitatea celulară, rata de proliferare, semnalizarea și toate aceste lucruri diferite conspiră.”

Morsut a adăugat: „Ne-am bucurat că am avut capacitatea de calcul. model pentru a explora cu adevărat și a obține o idee despre care sunt posibilele modele diferite și cum să treceți de la unul la altul.”

Guidați de modelul computațional, oamenii de știință au reușit să folosească densitatea celulară pentru a genera o varietate de modele fluorescente previzibile care s-au dezvoltat pe anumite intervale de timp.

Pentru a înțelege cum densitatea celulară le exercită efecte, co-primul autor Josquin Courte, un post-doctorat în Laboratorul Morsut, a condus o serie de experimente care au condus la o descoperire surprinzătoare. O densitate mai mare a celulelor induce stres care duce la o defalcare mai rapidă nu numai a synNotch în special, ci și a senzorilor de suprafață celulară în general.

Aceasta înseamnă că densitatea celulară este un instrument aplicabil pe scară largă pentru ghidarea atât a celor artificiale, cât și a celor naturale. celule pentru a construi o gamă largă de structuri, țesuturi și organe.

„Natura s-a bazat pe densitatea celulară în combinație cu circuitele genetice pentru a genera o diversitate remarcabilă a structurilor, țesuturilor și organelor multicelulare”, a spus Morsut. .

„Acum putem coopta aceeași strategie pentru a avansa eforturile noastre de a construi structuri multicelulare sintetice – și în cele din urmă țesuturi și organe – pentru medicina regenerativă.”

(Fluierul)