To zdjęcie przedstawia wykres wzorców ekspresji genów organoidów stworzonych w laboratorium Uniwersytetu w Montanie, które przekształcają się w komórki tworzące ludzką chrząstkę. Nałożono go na zdjęcie organoidu przedstawiającego odrębne warstwy zewnętrzne i wewnętrzne. Źródło: dzięki uprzejmości Marka Grimesa
Naukowcy z Uniwersytetu w Montanie opracowali nową metodę wykorzystującą komórki macierzyste do tworzenia chrząstki twarzoczaszki, co potencjalnie rewolucjonizuje metody leczenia defektów i urazów twarzoczaszki.
Naukowcy z Uniwersytetu w Montanie wraz ze swoimi współpracownikami opracowali nowatorską technikę wytwarzania ludzkiej chrząstki w obszarach głowy i szyi. Mark Grimes, profesor biologii na Wydziale Nauk Biologicznych UM, wyjaśnił, że udało im się pobudzić komórki macierzyste do przekształcenia się w typ komórek, które zazwyczaj tworzą ludzką chrząstkę twarzoczaszki. Komórki macierzyste mają zdolność do samoodnawiania i różnicowania się w różne typy komórek.
„Komórki, które normalnie dają początek tego typu chrząstce, nazywane są komórkami grzebienia nerwowego” – powiedział Grimes. „Odkryliśmy nowatorską metodę generowania organoidów czaszkowo-twarzowych z komórek grzebienia nerwowego”.
Organoidy to uproszczona, miniaturowa wersja narządu, która naśladuje architekturę i ekspresję genów narządu. „Organoidy są dobrym modelem niektórych tkanek ludzkich, które możemy badać w sposób, który nie jest możliwy przy użyciu tkanek pochodzących od ludzi” – powiedział.
Zaspokojenie krytycznej potrzeby
Grimes stwierdziła, że istnieje krytyczna niezaspokojona potrzeba opracowania nowych metod regeneracji ludzkiej chrząstki u 230 000 dzieci urodzonych co roku w USA z wadami twarzoczaszki. Hodowla chrząstki w laboratorium może również pomóc w opracowaniu skutecznych metod naprawy uszkodzeń chrząstki twarzoczaszki na skutek urazów.
Naukowcy zbadali dane dotyczące ekspresji genów w ośrodku RNA i poziom białka, aby odkryć, w jaki sposób komórki chrząstki powstają z komórek macierzystych. Odkryli, że komórki macierzyste komunikują się ze sobą na wczesnych etapach, tworząc elastyczną chrząstkę, z której zbudowane są ludzkie uszy.
Aby tego dokonać, zespół wykorzystał obszerną analizę markerów biologicznych i technik rozpoznawania wzorców uczenia maszynowego, aby zrozumieć szlaki sygnalizacji komórkowej zaangażowane w różnicowanie się komórek w chrząstkę.
Przy użyciu obecnych technik chirurgii plastycznej trudno jest zrekonstruować naturalne cechy danej osoby, takie jak uszy, nos czy krtań, a przeszczepiona tkanka jest często odrzucana bez stosowania leków immunosupresyjnych.
„Aby wykorzystać komórki macierzyste pochodzące od pacjenta do wytworzenia chrząstki twarzoczaszki w laboratorium, należy zrozumieć mechanizmy różnicowania specyficzne dla człowieka” – stwierdził Grimes. „Naszym celem jest opracowanie protokołu wytwarzania chrząstki twarzoczaszki do przeszczepu przy użyciu ludzkich komórek macierzystych”.
Odniesienie: „Chondrogeneza czaszkowo-twarzowa w organoidach z ludzkich komórek grzebienia nerwowego pochodzących z ludzkich komórek macierzystych” autorstwa Lauren Foltz, Nagashree Avabhrath, Jean-Marc Lanchy, Tyler Levy, Anthony Possemato, Majd Ariss, Bradley Peterson i Mark Grimes, 28 marca 2024 r., iNauka.
DOI: 10.1016/j.isci.2024.109585
