Naukowcy stworzyli komórkowy "klej" do regeneracji tkanek, leczenia ran i odbudowy nerwów

Syntetyczne cząsteczki, które potrafią „przykleić się” do komórek, pozwalają precyzyjnie wpływać na sposób, w jaki łączą się one ze sobą - informuje "Nature".

"Lepkie" cząsteczki są dziełem naukowców z University of California w San Francisco (UCSF). Zdaniem twórców "komórkowy klej" to ważny krok w kierunku budowy tkanek i narządów na potrzeby medycyny regeneracyjnej.

Tak zwane cząsteczki adhezyjne umożliwiają przyleganie komórki do innej komórki lub do substancji (macierzy) międzykomórkowej. Mogą też wytyczać kierunek ruchu (migracji) komórek w środowisku zewnątrzkomórkowym - z takim zjawiskiem mamy do czynienia na przykład podczas procesu tworzenia nowych naczyń krwionośnych (angiogenezy). Adhezja komórek była kluczowym osiągnięciem w ewolucji organizmów wielokomórkowych, a niestandardowe cząsteczki adhezyjne mogą pomóc w głębszym zrozumieniu, jak rozpoczęła się ścieżka od organizmów jednokomórkowych do wielokomórkowych.

Naturalnie występujące cząsteczki adhezyjne to białka błony komórkowej. Dzięki nim dziesiątki bilionów komórek tworzą wysoce zorganizowane struktury, w tym obwody neuronalne, a komórki odpornościowe znajdują właściwe cele. Dzięki przyleganiu komórek łatwiejsza jest także komunikacja pomiędzy komórkami - organizm może działać jak samoregulująca się całość.

Naukowcy z UCSF stworzyli komórki zawierające dopasowane cząsteczki adhezyjne, które w przewidywalny sposób wiążą się z określonymi komórkami partnerskimi, tworząc złożone zespoły wielokomórkowe.

- Byliśmy w stanie zaprojektować komórki w sposób, który pozwala nam kontrolować, z którymi komórkami wchodzą w interakcje, a także kontrolować naturę tej interakcji - powiedział starszy autor, prof. Wendell Lim, dyrektor Cell Design Institute UCSF. "To otwiera drzwi do budowania nowych struktur, takich jak tkanki i narządy".

Rozwój tkanek i narządów rozpoczyna się w macicy i trwa przez całe dzieciństwo. Natomiast w wieku dorosłym wiele instrukcji molekularnych, które kierują tymi procesami zanika. Dlatego niektóre tkanki, na przykład nerwowa, nie są w stanie leczyć urazów czy chorób.

Zespół prof. Lima pracuje nad umożliwieniem dojrzałym komórkom, by zachowywały się "niedojrzale" – i dzięki temu były zdolne do tworzenia nowych połączeń. Do tego jednak potrzebna jest umiejętność precyzyjnego zaprojektowania interakcji między komórkami.

- Właściwości tkanki, na przykład skóry, zależą w dużej mierze od tego, jak zorganizowane są w niej różne komórki - powiedział dr Adam Stevens z Cell Design Institute, pierwszy autor artykułu. "Opracowujemy sposoby kontrolowania tej organizacji komórek, która ma kluczowe znaczenie dla możliwości syntezy tkanek o właściwościach, które chcemy, aby miały".

Różnice we właściwościach poszczególnych tkanek wynikają miedzy innymi z tego, jak mocno są połączone tworzące je komórki. W narządach takich jak wątroba czy płuco większość komórek jest mocno związana, podczas gdy w układzie odpornościowym konieczna jest zdolność do przemieszczania się poprzez naczynia krwionośne i pomiędzy komórkami, by dotrzeć do zagrażającego organizmowi patogenu.

Aby wpływać na jakość wiązania komórek, naukowcy zaprojektowali cząsteczki adhezyjne jako dwuczęściowe. Część cząsteczki na zewnątrz komórki określa, z jakimi innymi komórkami będzie oddziaływać. Natomiast druga część, wewnątrz komórki, decyduje o sile tworzącego się wiązania. Obie części można mieszać i dopasowywać tworząc szereg dostosowanych komórek, które łączą się na różne sposoby.

Jak wyjaśnił dr Stevens, dzięki nowemu odkryciu naukowcy mogliby na przykład zaprojektować tkanki do modelowania stanów chorobowych, aby ułatwić badanie ich w tkance ludzkiej.

- To bardzo ekscytujące, że teraz rozumiemy znacznie lepiej, jak ewolucja mogła zacząć budować ciała - powiedział. "Nasza praca ujawnia elastyczny kod adhezji molekularnej, który określa, które komórki będą oddziaływać i w jaki sposób. Teraz, gdy zaczynamy to rozumieć, możemy wykorzystać ten kod do kierowania tym, jak komórki łączą się w tkanki i narządy".

Źródło: PAP / pk