Теперь, используя новую микрофлюидную технику, исследователи из Калифорнийского технологического института показали, что эти стволовые клетки могут быть более активно задействованы, непосредственно воспринимая сигналы опасности и быстро производя новые иммунные клетки, чтобы присоединиться к борьбе.
«Большинство людей считало, что костный мозг выполняет функцию создания этих клеток, но реакция на инфекцию — это то, что происходит локально, в очаге инфекции», — говорит Дэвид Балтимор, почетный президент и профессор биологии Роберта Эндрюса Милликена. в Калтехе. «Мы показали, что сами эти клетки костного мозга чувствительны к молекулам, связанным с инфекцией, и очень быстро реагируют на них. Таким образом, костный мозг на самом деле настроен, чтобы реагировать на инфекцию."
Исследование, проведенное под руководством Джимми Чжао, аспиранта программы подготовки медицинских ученых Калифорнийского технологического университета в Калифорнии в Лос-Анджелесе, будет опубликовано в выпуске журнала Cell Stem Cell от 3 апреля.
В своей работе исследователи показывают, что стволовые клетки крови имеют все компоненты, необходимые для обнаружения инвазии и воспалительного ответа. Они показывают, как и другие ранее, что эти клетки имеют на своей поверхности рецептор, называемый толл-подобным рецептором.
Затем исследователи идентифицируют весь путь внутреннего ответа, который может переводить активацию этих рецепторов связанными с инфекцией молекулами или сигналами опасности в выработку цитокинов, сигнальных молекул, которые могут стимулировать выработку иммунных клеток. Интересно, что они впервые показывают, что фактор транскрипции NF-κB, который, как известно, является центральным организатором иммунного ответа на инфекцию, является частью этого пути ответа.
Чтобы изучить, что происходит со стволовыми клетками крови, когда они активируются сигналом опасности, лаборатория Балтимора объединилась с химиками из лаборатории Джеймса Хита, Элизабет В. Гиллун профессор и профессор химии в Калифорнийском технологическом институте. Они разработали микрожидкостный чип — напечатанный на гибком силиконе на стеклянном предметном стекле, в комплекте с портами ввода и вывода, регулирующими клапанами и тысячами крошечных лунок — который позволит проводить анализ отдельных ячеек.
На дне каждой лунки они прикрепляли молекулы ДНК полосами и вводили поток антител — нацеливающих на патогены белков иммунной системы — которые имели комплементарную ДНК. Затем они добавили стволовые клетки вместе с молекулами, связанными с инфекцией, и инкубировали весь образец. Поскольку антитела были выбраны на основе их способности связываться с определенными цитокинами, они специфически захватывали любые из этих цитокинов, высвобождаемых клетками после активации. Когда исследователи добавили вторичное антитело и краситель, цитокины загорелись. «Все они светятся одним цветом, но вы можете сказать, какой из них, потому что вы прикрепили ДНК упорядоченным образом», — объясняет Балтимор. "Итак, у вас есть и визуализация, и локализация, которые говорят вам, какая молекула была секретирована.«Таким образом, они смогли определить, например, что цитокин IL-6 секретируется наиболее часто — 21 год.9 процентов протестированных клеток.
«Экспериментальные проблемы здесь были значительными — нам нужно было выделить то, что на самом деле является довольно редкими клетками, а затем измерить уровни дюжины секретируемых белков из каждой из этих клеток», — говорит Хит. «Конечный результат был похож на надевание новой пары очков — мы смогли наблюдать совершенно неожиданные функциональные свойства этих стволовых клеток."
Команда обнаружила, что стволовые клетки крови очень быстро производят удивительное количество и разнообразие цитокинов.
Фактически, стволовые клетки являются даже более мощными генераторами цитокинов, чем другие ранее известные продуценты цитокинов иммунной системы. Как только цитокины высвобождаются, оказывается, что они способны связываться со своими собственными рецепторами цитокинов или рецепторами других близлежащих стволовых клеток крови.
Это стимулирует связанные клетки дифференцироваться в иммунные клетки, необходимые в месте инфекции.
«Это действительно меняет представление о способности клеток костного мозга участвовать в воспалительных реакциях», — говорит Балтимор.
Хит отмечает, что этому сотрудничеству в значительной степени способствовала поддержка междисциплинарной работы Калифорнийским технологическим институтом. «Это уникальная и плодородная среда, — говорит он, — которая побуждает ученых из разных дисциплин использовать свои разрозненные области знаний для решения сложных проблем, подобных этой."