Учени създадоха „клетъчно лепило“

Д-р Уендъл Лим, директор на Института за клетъчно проектиране на UCSF, държи клетъчен модел в офиса си в Campus Mission Bay на UCSF (Снимка: UCSF, Elena Zhukova)

Изследователи от Калифорнийския университет в Сан Франциско (UCSF) са създали молекули, които действат като „клетъчно лепило“, което им позволява да насочват по точен начин как клетките се свързват една с друга. Откритието представлява важна стъпка към изграждането на тъкани и органи, дълго търсена цел на регенеративната медицина, казват от UCSF.

Адхезивните молекули се намират естествено в цялото тяло, като държат десетките трилиони клетки заедно във високо организирани модели. Те образуват структури, създават невронни вериги и насочват имунните клетки към техните цели. Адхезията* също улеснява комуникацията между клетките, за да поддържа функционирането на тялото като саморегулиращо се цяло.

В ново проучване, публикувано в Nature (12 декември 2022 г.), изследователите проектират клетки, съдържащи персонализирани адхезионни молекули, които се свързват със специфични партньорски клетки по предсказуеми начини, за да образуват сложни многоклетъчни ансамбли.

„Успяхме да проектираме клетки по начин, който ни позволява да контролираме с кои клетки те взаимодействат, както и да контролираме естеството на това взаимодействие“, каза старши автор д-р Уендъл Лим, изтъкнат професор по клетъчна и молекулярна фармакология на Byers и директор на Института за клетъчно проектиране на UCSF. „Това отваря вратата за изграждане на нови структури като тъкани и органи.“

Регенериране на връзките между клетките
Телесните тъкани и органи започват да се формират в утробата и продължават да се развиват през детството. До зряла възраст много от молекулярните инструкции, които ръководят тези генеративни процеси, са изчезнали и някои тъкани, като нервите, не могат да се излекуват от нараняване или заболяване.

Лим се надява да преодолее това, като проектира възрастни клетки, които да създават нови връзки. Но това изисква способност за прецизно проектиране как клетките взаимодействат една с друга.

„Свойствата на една тъкан, като вашата кожа например, се определят до голяма степен от това как са организирани различните клетки в нея“, каза д-р Адам Стивънс, Hartz Fellow в Института за клетъчен дизайн и първият автор на доклада . „Измисляме начини да контролираме тази организация на клетките, която е от основно значение за способността да синтезираме тъкани със свойствата, които искаме да притежават.“

Голяма част от това, което прави дадена тъкан различна, е колко здраво са свързани нейните клетки. В солиден орган, като бял дроб или черен дроб, много от клетките ще бъдат свързани доста здраво. Но в имунната система по-слабите връзки позволяват на клетките да преминават през кръвоносните съдове или да пълзят между плътно свързаните клетки на кожата или органните тъкани, за да достигнат до патоген или рана.

За да насочат това качество на клетъчно свързване, изследователите са проектирали своите адхезионни молекули в две части. Една част от молекулата действа като рецептор от външната страна на клетката и определя с кои други клетки ще взаимодейства. Втора част, вътре в клетката, настройва силата на образуваната връзка. Двете части могат да се смесват и съчетават по модулен начин, създавайки масив от персонализирани клетки, които се свързват по различни начини в целия спектър от типове клетки.

Кодът, лежащ в основата на клетъчното свързване
Стивънс казва, че тези открития имат и други приложения. Например, изследователите биха могли да проектират тъкани за моделиране на болестни състояния, за да улеснят изследването им в човешка тъкан.

Клетъчната адхезия е ключово развитие в еволюцията на животните и други многоклетъчни организми и персонализираните адхезионни молекули могат да предложат по-задълбочено разбиране за това как е започнал пътят от едноклетъчни към многоклетъчни организми, уточняват от UCSF.

„Много е вълнуващо, че сега разбираме много повече за това как еволюцията може да е започнала да изгражда тела“, каза той. „Нашата работа разкрива гъвкав код за молекулярна адхезия, който определя кои клетки ще взаимодействат и по какъв начин. Сега, когато започваме да го разбираме, можем да използваме този код, за да насочваме как клетките се сглобяват в тъкани и органи. Тези инструменти могат да бъдат наистина трансформиращи.

*Адхезията е склонността на различни частици или повърхности да се прилепват една към друга