Зачем клетки липнут друг к другу
Все слышали о том, что организм состоит из клеток, но не все задумывались, как они организуются и работают. Все клетки нашего организма на той или иной стадии своего развития растут и живут в адгезивном (прикрепленном) состоянии.
Адгезия, или налипание,— важное свойство наших клеток, которое обеспечивает организму многоклеточное существование. «Прилипая» друг к другу и к внеклеточным структурам, клетки объединяются в одни органы и отделяются от других. В этом им помогает внеклеточный матрикс. Как все это работает, объясняет Елена Петерсен, кандидат медицинских наук, доцент, заведующая лабораторией молекулярно-биологических и нейробиологических проблем и биоскрининга МФТИ.
Много гиалуроновой кислоты не всегда хорошо
Внеклеточный матрикс (ВКМ) — это совокупность структурных белков, образующих фибриллярный (нитевидный) каркас органов и тканей. Внешне ВКМ можно представить себе в виде сетки, повторяющей очертания органа и его структурных элементов. Клетки же, в свою очередь, группируются определенным образом на различных сторонах этой сетки, образуя ткани, а все вместе они образуют органы. В зависимости от типа ткани и органа состав и строение ВКМ изменяется. Так, мы знаем, например, что для кожи доминирующие типы коллагена — это 1 и 3, а для хрящевой ткани — 2. Также ВКМ меняется в зависимости от возраста и состояния организма. Например, по мере развития эмбриона вокруг его клеток формируется первичный матрикс, который больше напоминает не фибриллы, а нежный гидрогель или желе. Состоит он преимущественно из гиалуроновой кислоты.
Такое строение первичного внеклеточного матрикса позволяет клеткам активно перемещаться, выстраивая цепочки, которые двигаются в определенном направлении и образуют новые ткани растущих органов. Взаимодействуя с мезенхимальными стволовыми клетками, жесткий ВКМ может изменить конечную дифференцировку по хондрогенному (хрящевому) или остеогенному (костному) направлению. С возрастом процент гиалуроновой кислоты в составе тканей снижается, клетки экспрессируют (создают) вокруг себя фибриллярные (нитевидные) белки, в основном коллаген и эластин, которые образуют сетчатый внеклеточный матрикс, замещающий собой первичный и обеспечивающий большую прочность тканям и органам.
Но в ряде случаев — например, при раковой прогрессии — происходит увеличение процента гиалуроновой кислоты в ткани, раковые клетки активно синтезируют ее. Такое повышение ничего хорошего не предвещает. Это один из неблагоприятных диагностических маркеров. То есть много гиалуронки не всегда хорошо.
В последние десять лет стало понятно, что значение ВКМ гораздо более важное, чем простая поддержка органов и ограничение их структуры. Он также выполняет ключевые функции в регуляции клеточной активности и важен для множества биологических процессов за счет связанных с ним сигнальных молекул, влияющих на клеточное поведение, включая самоподдержание нормального количества клеток, сохранение их «молодости» и «работоспособности».
Что подложить под клетку
Начиная с 1970–1980-х годов с подъемом клеточных технологий первой волны начали появляться реферируемые статьи об использовании клеток для лечения ран. В первую очередь речь велась о заживлении ран и ожогов кожи. Для этого использовали клетки, получаемые из кусочка тканей самого пациента или донора, которые в условиях лаборатории росли прикрепленными в специальной емкости, а для дальнейшего использования после нарастания нужного количества их нужно было открепить.
Делали это с помощью различных ферментов или скребков, что могло травмировать клетки. Сами клетки, будучи открепленными от дна своих емкостей, могли погибать при транспортировке и хранении перед нанесением их на рану.
Решением этого вопроса было использование подложек — вкладок в специальную посуду для выращивания клеток, на которых они могли расти, после чего вместе с этой подложкой переноситься на рану. В виде таких подложек использовались всевозможные материалы — от синтетических до природных. В частности, искусственно синтезированные — например, поливинилхлоридные пленки, а также естественные матриксы из различных тканей (подслизистая тонкого кишечника, дерма кожи, губчатое вещество кости). По мере накопления опыта использования различных подложек стало понятно, что они все обладают различным действием на клетки.