Сжатие помогает высвободить ионы кальция, хранящиеся внутри клеток, и открывает каналы в клеточной мембране, которые позволяют ионам проникать в клетки, согласно исследованию, проведенному биоинженером из Калифорнийского университета в Сан-Диего Инсяо Вангом.Исследователям известно, что механические силы, действующие на стволовые клетки, играют важную роль в том, как клетки производят все виды тканей — от костей до крови — с нуля.
Но до сих пор не было ясно, как некоторые из этих сил переводятся в сигналы, которые подталкивают стволовые клетки к созданию новой ткани.Результаты, опубликованные в журнале eLife, могут помочь ученым узнать больше о «функциональных механизмах дифференцировки стволовых клеток», — сказал Ван, доцент кафедры биоинженерии. Они также могут направлять исследователей, пытающихся воссоздать эти механизмы в лаборатории, чтобы заставить стволовые клетки развиться в ткани, которые можно было бы использовать при трансплантации и других методах лечения.«Механическая среда вокруг стволовой клетки помогает управлять судьбой стволовой клетки», — объяснил Ван. «Клетки, окруженные жесткой тканью, такой как челюсть, например, подвергаются большему напряжению, и они могут способствовать образованию более твердых тканей, таких как кость».
С другой стороны, стволовые клетки, живущие в тканевой среде с меньшей жесткостью и натяжением, могут производить более мягкий материал, такой как жировая ткань.Ван и его коллеги хотели узнать больше о том, как эти силы окружающей среды преобразуются в сигналы, которые стволовые клетки используют для дифференцировки в более специализированные клетки и ткани.
В своем эксперименте они применили силу к мезенхимальным стволовым клеткам человека — типу стволовых клеток, обнаруженных в костном мозге, которые превращаются в кости, хрящи и жир.Инженеры использовали сильно сфокусированный лазерный луч, чтобы захватить и управлять крошечной бусинкой, прикрепленной к клеточной мембране стволовой клетки, создав оптический «пинцет» для приложения силы к бусинке.
Сжатие, прикладываемое пинцетом, было чрезвычайно небольшим — порядка 200 пиконьютонов. (Силы измеряются в единицах, называемых ньютонами; один ньютон равен весу яблока, удерживаемого на Земле силой тяжести, а один пиконьютон эквивалентен одной триллионной части ньютона.)Когда ионы кальция не циркулировали вне клетки, эта сила помогала высвобождать ионы кальция из структуры внутри клетки, называемой эндоплазматическим ретикулумом.
Высвобождению помогают внутренние структурные белки клетки, называемые цитоскелетом, а также сокращающийся белковый механизм, называемый актомиозином. Исследователи отметили, что когда эта сила запускала движение ионов кальция в клетку из ее внеклеточной среды, задействовался только цитоскелет.По словам Ванга, ионы кальция помогают передавать ряд важных клеточных сигналов. «Они часто запускают молекулярный каскад внутри клеток и могут посылать сигналы в ядро клетки, которые могут включать или выключать экспрессию генов».
Этот тип передачи сигналов может быть одним из звеньев между механическими силами, действующими на стволовую клетку, и ее трансформацией в другие типы клеток, сказал Ван. Его исследовательская группа планирует изучить влияние механической силы на другие сигнальные пути в различных типах клеток, чтобы узнать больше о том, как они могут регулировать судьбу клеток.
