Для клеточной терапии часто используют культуру мезенхимальных стволовых клеток (МСК), способных дифференцироваться в клетки жировой, соединительной и костной ткани. На их дифференцировку в том или ином направлении влияют многие параметры клеточного микроокружения. Специалисты Томского филиала ФГУ РНЦ восстановительной травматологии и ортопедии, Сибирского государственного медицинского университета, НИИ стандартизации и контроля медицинских и биологических препаратов, Института физики прочности и материаловедения СО РАН и НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» изучают некоторые физические характеристики микроокружения, в котором стволовая клетка превращается в клетку костной ткани.

Их работу поддержали ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы», Программа Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине», РФФИ и интеграционный проект фундаментальных исследований СО РАН и ДВО РАН.

Перед трансплантацией стволовые клетки некоторое время выращивают на питательной среде и при этом «подталкивают» к дифференцировке в нужном направлении, добавляя в среду определённые факторы. Однако в организме дифференцировка проходит в определённом микроокружении (нише): клетки соприкасаются с другими клетками и внеклеточными белками. Лучше, чтобы и в лаборатории клеточное микроокружение напоминало естественное. Томские и московские исследователи попробовали сконструировать искусственную нишу для дифференцировки МСК в клетки кости (остеобласты). При этом учёные исходили из предположения, что в организме эта дифференцировка происходит в тесном контакте с поверхностью кости.

Костная поверхность представляет собой шероховатый гидроксиапатит (фосфат кальция). Поэтому в качестве искусственных ниш экспериментаторы использовали титановые диски диаметром и толщиной один миллиметр с двухсторонним кальцийфосфатным покрытием. Размер частиц гидроксиапатита составлял от 10 до 40 нанометров, поэтому шероховатость разных дисков отличалась.

Их помещали в питательную среду и добавляли в каждую пробу 50 тысяч МСК, полученных из лёгких человека. Контролем служили клетки, растущие в питательной среде на пластиковой подложке. Через четверо суток диски вынимали, сушили и исследовали.

Остеобласты синтезируют белок остеокальцин и фермент щелочную фосфатазу, которые можно обнаружить с помощью специального окрашивания. У клеток, растущих на кальцийфосфатной подложке, активность щелочной фосфатазы и содержание остеокальцина были на 13 и 70 процентов выше, чем у клеток на пластике.

Клеточная дифференцировка зависит от занимаемого клеткой места. Например, при операциях по восстановлению костной ткани стволовые клетки заселяют углубления в губчатой кости глубиной до 40 микрометров и дифференцируются там в остеобласты. В лабораторных условиях они, как оказалось, ведут себя сходным образом. Клетки, синтезирующие щелочную фосфатазу, заселяли исключительно сообщающиеся друг с другом углубления. На «высоких точках» располагаются клетки, не синтезирующие фосфатазу и превращающиеся, судя по всему, в фибробласты. Это значит, что для получения зрелых остеобластов необходимо использовать шероховатые подложки.

По мнению исследователей, их результаты будут полезны при создании новых материалов и имплантатов.

Первоисточник информации:

Хлусов И.А., Хлусова М.Ю., Зайцев К.В., Колокольцова Т.Д., Шаркеев Ю.П., Пичугин В.Ф., Легостаева Е.В., Трофимова И.Е., Климов А.С., Жданова А.И. Пилотное исследование in vitro параметров искусственной ниши для остеогенной дифференцировки пула стромальных стволовых клеток человека. – Клеточные технологии в биологии и медицине. – 2010. – № 4.