Исследование показало, что клетки, выращенные в лаборатории, изменяют свое состояние в течение трех дней по мере адаптации к новой среде. Исследования болезней человека, включая рак, основаны на использовании клеточных культур, которые часто выращивались десятилетиями. Таким образом, полученные данные могут повлиять на интерпретацию прошлых исследований и дать важные подсказки для улучшения клеточных культур в будущем.
Ученые обычно используют модели для изучения основ биологии человека.
Наиболее распространенная модельная система — это культивируемые клетки, которые берут из организма и заставляют расти на пластиковой посуде в лаборатории. Хотя это стержень современных исследований, давно известно, что клетки в лаборатории могут вести себя иначе, чем клетки тела, что влияет на понимание болезней и разработку лекарств.
Исследователи из MRC Human Genetics Unit в Эдинбургском университете, Великобритания, и Университете Линчёпинга, Швеция, показали, насколько быстро клетки меняют свою идентичность при выращивании в лаборатории. Они обнаружили, что клетки адаптируются к системам клеточных культур в течение одной недели после роста в лабораторной посуде.
Анализ позволяет по-новому взглянуть на то, насколько точно эти клетки имитируют настоящую ткань, и как можно улучшить модели болезней человека.
Автор исследования Ричард Михан из отдела генетики человека MRC Эдинбургского университета, Великобритания, сказал: «Мы были поражены скоростью и распространением изменений.
Многие культивируемые клетки, используемые в исследованиях, выращивались десятилетиями, и в результате они, вероятно, будут иметь очень разные свойства от клеток, которые они должны моделировать. Наши результаты предполагают, что мы должны быть осторожны в интерпретации некоторых предыдущих экспериментов, и наши данные подтверждают растущее осознание того, что модели клеточных линий болезней человека, особенно рака, могут быть плохими заменителями многих аспектов биологии in vivo."
Исследователи сравнили ДНК клеток мыши, взятых у мужских и женских эмбрионов, с клетками, выращенными в пластиковых чашках. Они обнаружили ряд индикаторов того, что культивируемые клетки претерпели изменение клеточного состояния по мере того, как они стали адаптироваться к среде культивирования клеток, включая уменьшение гендерных различий между культивируемыми клетками мужского и женского пола.
Клетки мыши в культуре испытали быстрое перепрограммирование своих «эпигеномов» — слоя химических модификаций, которые маркируют геном, чтобы контролировать экспрессию генов. Об этом свидетельствует почти полная потеря одной эпигенетической метки, 5-гидроксиметилцитозина (5hmC), в течение трех дней по всему геному.
Они также обнаружили аналогичные результаты в неродственной ткани. Используя мышиные CD4 + Т-клетки, которые играют роль в иммунной системе, они обнаружили почти пятикратное снижение уровней 5hmC после трех дней культивирования.
Кроме того, исследователи увидели широко распространенные изменения в экспрессии генов клеток в культуре, затрагивающие более 7200 генов. Некоторые из этих генов были связаны с клеточной адгезией, возможно, отражая адаптацию к росту на двумерной пластиковой поверхности, а другие участвовали во множестве эпигенетических процессов.
Далее исследователи показали, что некоторые из этих изменений можно предотвратить, добавив витамин С в культуральную среду. Это говорит о том, что, улучшив методы культивирования, исследователи смогут более точно сопоставить клетки, выращенные на чашке, с клетками, взятыми непосредственно из тканей.
Эти улучшения должны дать исследователям больше уверенности в том, что то, что они наблюдают в лаборатории, точно отражает то, что происходит в организме.