После долгой серии экспериментов исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета определили уникальный клеточный маркер, который, по их словам, позволяет им выбрать наиболее фундаментальную форму стволовых клеток, которая дает начало крови и иммунной системе.
В случае подтверждения их открытие поможет разрешить давние споры об идентичности этих стволовых клеток и их поддерживающих клеток. Это также может проложить путь к пониманию того, как эти клетки поддерживают себя, и предоставить ученым необходимую информацию для выращивания стволовых клеток крови в лаборатории или клинике.
Статья с описанием исследования была опубликована 11 февраля в журнале Nature. Ирвинг Вайсман, доктор медицины, профессор патологии и биологии развития в Стэнфорде, является старшим автором.
В 1988 году Вайсман и его коллеги выделили гемопоэтическую стволовую клетку, которая в дальнейшем становится кровью и иммунными клетками организма. С тех пор исследователи добились лишь смешанного успеха в своих попытках получить подробную картину того, как эти HSC сохраняются и растут в организме. С годами стало понятно, почему. Выделенные ими гемопоэтические стволовые клетки были двух видов: большинство из них представляют собой краткосрочные HSC, которые со временем теряют способность к репликации, а небольшая часть – это долгосрочные HSC, которые могут реплицироваться бесконечно и имеют решающее значение для производства крови на протяжении всей жизни. Чтобы понять, как другие клетки питают HSC, исследователям нужно было изучить только долгосрочные HSC.
С помощью нового исследования исследователи из Стэнфорда считают, что теперь они нашли надежный способ отличить долгосрочные и краткосрочные HSC. "В этой статье мы нашли единственный маркер, который во всем костном мозге обнаруживается только в этих долгосрочных стволовых клетках," сказал Вайсман, он же Вирджиния и Д.K. Людвиг, профессор клинических исследований рака и директор Стэнфордского института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины.
Теперь, когда исследователи могут идентифицировать долгоживущие HSC, они надеются увидеть, как эти клетки и соседние клетки создают "ниша"- биологическое пространство, в котором поддерживаются и поддерживаются стволовые клетки длительного хранения.
"В течение почти 30 лет люди пытались вырастить HSC вне тела, но у них не было возможности сделать это – возможно, это «святой Грааль» в этой области," сказал Джеймс Чен, кандидат медицинских наук в Стэнфорде и соавтор статьи. "Теперь, когда у нас есть якорь, способ взглянуть на долгосрочные HSC, мы можем взглянуть на клетки вокруг них, чтобы понять и, в идеале, воссоздать нишу." Если эту нишу удастся создать в лабораторных условиях, люди смогут выращивать долгосрочные HSC в лаборатории.
Двухлетний поиск
В последние десятилетия многие ученые предложили различные маркеры, которые, по их мнению, были уникальными для долгосрочных HSC, но надежность каждого из предложенных маркеров горячо обсуждалась другими исследовательскими группами, сказал постдокторант Масанори Мияниши, доктор медицинских наук, другой ведущий автор.
Чтобы решить эту проблему, Чен и Мияниши разработали метод, который был в высшей степени систематическим, но также дорогим и трудоемким. "Много раз мы собирались уйти," Чен сказал.
Они начали со списка из более чем 100 генов, которые экспрессируются в костном мозге, где обнаружены долгосрочные HSC, которые казались хорошими кандидатами на роль уникальных маркеров долгосрочных HSC. С помощью своих коллег они устранили гены, которые включаются в областях кости, которые не связаны с созданием новой крови и иммунных клеток. Это сузило поле до 45 генов.
Затем они провели сложный кропотливый анализ, чтобы определить, сколько белка вырабатывают эти гены в различных клетках. Они обнаружили, что только три белка продуцировались на достаточно высоком уровне, чтобы маркировать HSC. Наконец, им нужно было выяснить, был ли один из этих трех включен в долгосрочных HSC и отключен в краткосрочных HSC. Хотя они еще не могли определить, какие клетки являются долгоживущими HSC, они знали, что любая коллекция HSC должна иметь как долгосрочные, так и краткосрочные HSC, поэтому они ожидали, что ген-кандидат будет полностью выключен в некоторых клетках и включен. в других. Они обнаружили, что только один ген подходит под эти требования: ген под названием Hoxb5.
Исследователи отмечают, что могут быть и другие уникальные маркеры долгосрочных HSC, такие как гены, которые не входили в исходную группу из более чем 100, которые они проверили. Но среди проверенных генов только Hoxb5 был уникальным идентификатором долгосрочных стволовых клеток.
В поисках ниши
Исследователи также смогли решить еще одну ключевую загадку, показав, где в костном мозге находятся долговременные HSC. Сатоши Ямадзаки, доктор философии, член токийской лаборатории профессора генетики Стэнфорда Хиромицу Накаучи, доктор медицины, доктор философии, использовал технологию, недавно разработанную в Японии, для подготовки ткани костного мозга и проведения вычислительного анализа, который подтвердил расположение и архитектуру ниши HSC. "Более 90 процентов этих клеток находятся в определенном типе кровеносных сосудов, называемых венозными синусоидами," сказал Накаучи, соавтор статьи.
По словам исследователей, способность идентифицировать стволовые клетки с длительным сроком существования даст ученым мощный инструмент для дальнейших исследований. "Это открывает возможность наблюдать за долгосрочными HSC и другими клетками в нише в том виде, в котором они существуют в организме, без их трансплантации," сказал Вайсман, который также является директором Центра исследования стволовых клеток и медицины Людвига. "Именно так работает наука: она обращается к чистейшему несводимому элементу – в данном случае к стволовым клеткам крови – с целью разработки новых инструментов и понимания."