Стволовые клетки играют центральную роль в развитии и обновлении органов. В большинстве органов стволовые клетки расположены в определенных регионах и в некоторых случаях могут быть идентифицированы по нескольким внутренним свойствам, таким как молекулярные маркеры. Они могут дифференцироваться в различные типы клеток и бесконечно делиться, чтобы производить больше стволовых клеток.
Однако означает ли это, что верхняя стволовая клетка бессмертна?? Или может любая клетка опровергнуть это? В научном сообществе ведутся открытые дебаты о том, действительно ли стволовые клетки возникают из внутренних свойств клеток или из коллективной динамики самой ткани.
В этом втором сценарии потенциальные стволовые клетки постоянно конкурируют за место в определенных «нишевых» регионах. Каждая ячейка хочет обогнать своего соседа путем репликации и, следовательно, постоянно подталкивает их. Функциональная стволовая клетка победит в этом соревновании, а проигравшие будут оттеснены из ниши, дифференцируются и в конечном итоге умрут.
Здесь группа Ханнезо из IST Austria рассмотрела механизм преодоления таких отталкивающих сил прочь из ниши в сотрудничестве с исследователями из Национального института рака Нидерландов и Кембриджского университета.
Они использовали микроскоп для визуализации в реальном времени, чтобы записать движения стволовых клеток в ткани груди, кишечника и почек. Команда обнаружила, что в дополнение к постоянному потоку и толкающим силам наблюдалось множество случайных движений. Почему это было важно? "Известная поговорка в сфере недвижимости:" местоположение, местоположение, местоположение."В случае стволовых клеток это высказывание переносится на место, определяющее стволовость (а не наоборот). Затем случайные движения становятся ключевыми, поскольку они позволяют вам попасть в нужное место, даже если вы начали в неправильном."резюмирует Эдуард Ханнезо.
В этом контексте ткани выглядят как выход из станции метро в час пик, и некоторые люди могут случайным образом повернуть назад против сноса массы, пытаясь снова сесть в метро. Согласно этой метафоре, случайные движения являются ключом к тому, чтобы позволить клеткам из ниши стволовых клеток в конечном итоге вернуться в нее. «Мы хотели знать, что определяет количество и динамику стволовых клеток, и в какой степени на это можно ответить, математически исследуя только движения клеток и геометрию органов», – говорит Бернат Короминас-Муртра, ведущий ученый. в этом исследовании. Затем они математически отобразили эту шумную клеточную динамику в геометрии органов и смогли предсказать, среди прочего, количество функциональных стволовых клеток (тех, которые могут попасть в нужное место во времени, учитывая количество шума / подвижности в системе. ). Они обнаружили, что во время обновления или роста ткани области стволовых клеток развивались естественным образом, без необходимости делать предположения о молекулярной природе клеток.
Таким образом, ученые показали, что сами по себе динамика и геометрия играют существенную роль.
Бернат Короминас-Муртра описывает их результаты: «Можно было бы ожидать, что случайность движений клеток размывает свойства системы или делает ее более нестабильной.
Напротив, это ключ к появлению устойчивых сложных паттернов, таких как область стволовых клеток, которая удивительно совпадает с ранее идентифицированной с использованием биомолекулярных маркеров отдельных клеток."Эти результаты вносят вклад в открытую дискуссию о природе стволовых клеток в тканях и потенциально открывают новое измерение в понимании обновления органов.