Похожие статьи
В настоящее время из стволовых клеток созданы органоиды для выделения белков, образующих зубную эмаль, вещество, защищающее зубы от повреждений и кариеса. Эту работу возглавила многопрофильная команда ученых из Вашингтонского университета в Сиэтле.
«Это важный первый шаг к нашей долгосрочной цели — разработке методов лечения на основе стволовых клеток для восстановления поврежденных зубов и регенерации утраченных», — рассказывает Хай Чжан, профессор восстановительной стоматологии в Школе стоматологии UW и один из соавторов статьи, описывающей исследование.
Результаты опубликованы в журнале Developmental Cell. Ведущим автором статьи является Аммар Альгадир, аспирант лаборатории Ханнеле Руохола-Бейкер на кафедре биохимии Медицинской школы UW. Лаборатория связана с Институтом стволовых клеток и регенеративной медицины UW Medicine.
Исследователи объяснили, что зубная эмаль защищает зубы от механических нагрузок, возникающих при жевании, и помогает им противостоять кариесу. Это самая твердая ткань в организме человека.
Эмаль образуется во время формирования зубов специализированными клетками, называемыми амелобастами. Когда формирование зуба завершено, эти клетки отмирают. Следовательно, организм не имеет возможности восстанавливать поврежденную эмаль, и зубы могут стать склонными к переломам или выпадению.Чтобы создать амелобласты в лаборатории, исследователям сначала нужно было понять генетическую программу, которая заставляет эмбриональные стволовые клетки развиваться в эти высокоспециализированные клетки, продуцирующие эмаль.
Для этого они использовали метод, называемый одноклеточным комбинаторным индексирующим РНК-секвенированием (sci-RNA-seq), который показывает, какие гены активны на разных стадиях развития клетки.
Это возможно, потому что молекулы РНК, называемые мессенджерными РНК (mRNA), передают инструкции для белков, закодированных в ДНК активированных генов, молекулярным машинам, которые собирают белки. Вот почему изменения в уровнях мРНК на разных стадиях развития клетки показывают, какие гены включаются и выключаются на каждой стадии.
Выполнив sci-RNA-seq на клетках на разных стадиях развития зубов человека, исследователи смогли получить серию снимков активации генов на каждой стадии. Затем они использовали сложную компьютерную программу под названием Monocle, чтобы построить вероятную траекторию активности генов, которые происходят по мере того, как недифференцированные стволовые клетки развиваются в полностью дифференцированный амелобласт.
Исследователи после долгих проб и ошибок смогли превратить недифференцированные стволовые клетки человека в амелобласты. Они сделали это, подвергнув стволовые клетки воздействию химических сигналов, которые, как известно, активируют различные гены в последовательности, имитирующей путь, выявленный данными sci-RNA-seq. В некоторых случаях использовали известные химические сигналы. В других случаях сотрудники Медицинского института Калифорнийского университета по разработке белков создали разработанные компьютером белки, которые обладали усиленным эффектом.
В ходе выполнения этого проекта ученые также впервые идентифицировали другой тип клеток, называемый субодонтобластом, который, по их мнению, является предшественником одонтобластов, типа клеток, имеющих решающее значение для формирования зубов.
Исследователи обнаружили, что вместе эти типы клеток могут быть индуцированы для формирования небольших трехмерных многоклеточных мини-органов, называемых органоидами. Они организовались в структуры, подобные тем, которые наблюдаются в развивающихся зубах человека, и секретировали три основных белка эмали: амелобластин, амелогенин и эмалелин. Затем эти белки формируют матрикс. Последует процесс минерализации, который необходим для формирования эмали с требуемой твердостью.
Эксклюзивный перевод
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
