Механическое напряжение, которое делают биения сердца эмбриона, играет главную роль в формировании клеток крови и всей кровеносной системы нового организма, узнали ученые. Это открытие объясняет и почему сердце начинает биться так рано в процессе эмбрионального развития, когда всем необходимым, казалось бы, зародыша обеспечивает мать.
Группа Леонарда Зона из Бостонского детского госпиталя в процессе работ на эмбрионах рыбки данио узнала, что хим. регуляторы потока крови в организме в важной степени определяют на работу гена Runx1, играющего решающую роль в формировании стволовых клеток крови. Ученые использовали эмбрионы, сердцебиение которых было очень замедленно при помощи генетических манипуляций. Замедленная циркуляция крови в этих эмбрионах привела к значительно наименьшему количеству новых стволовых клеток.
В процессе грядущей работы ученые узнали, что решающую роль в производстве новых стволовых клеток крови играет наличие в крови молекул оксида азота NO, используемой организмом в том числе и для стимуляции гладких мускул кровеносных сосудов. Искусственное введение оксида азота в растущие мутантные эмбрионы возвратило количество стволовых клеток крови на обыденный уровень. Этот механизм формирования стволовых клеток работает и для мышей – и, может быть, других животных. Работа Зона и его коллег расположена в Cell.
В свою очередь, группа Джорджа Дейли из такого же Бостонского детского госпиталя, написавшая статью в журнале Nature, изучила эффект обыденного механического стимулирования зародышевых стволовых клеток на формирование новых клеток крови. Ученые показали, что тангенциальное напряжение, которое поток воды создаёт над поверхностью клеток, выстилающих зародышевую аорту, увеличивает синтез основных белковых молекул, подходящих для формирования клеток крови, в том числе и Runx1. Это напряжение, как оказывается, приводит и к образованию клеток-предшественниц, из которых в последствии образуются особые клеточки крови – красноватые кровяные клетки, лимфоциты и другие.
Группа Дейли также изучила воздействие сердцебиения на образование клеток крови, создав копии зародышей мышей, сердце которых было полностью лишено возможности биться. Формирование клеток предшественниц в таких эмбрионах, также синтез белков, присущих стволовым клеткам крови, были очень замедлены. Практически стопроцентно его возвратить позволило касательное напряжение, приложенное к клеткам зародышей, после того, как они были извлечены и помещены в специальную лабораторную посуду.
Примечательно, что в случае блокирования синтеза NO в таких клетках даже касательное напряжение не позволяло достигнуть обычного уровня клеток-предшественниц и стволовых клеток крови.
Это открытие может употребляться в лечении ряда тяжелых болезней кровеносной системы, считают создатели 2-ух работ. По мнению создателей 2-ух публикаций, их работа может привести к созданию нового типа лекарственных средств для исцеления тяжелых болезней крови, которые будут симулировать в организме или в пробирке условия, нужные для производства подходящих пациенту типов клеток крови. «Благодаря этой работе мы существенно продвинулись в понимании того, как при помощи обыденных эмбриональных стволовых клеток в лабораторных условиях могут быть изготовлены клеточки, участвующие в кровеносной системе», – цитирует Дейли РИА «Новости».
Такие тяжкие заболевания, как лейкемия, иммунодефицит и серповидно-клеточная анемия, при которой человеческий организм производит клеточки крови серповидной формы, способные закупоривать сосуды, могут в дальнейшем успешно лечиться при помощи новых способов изготовления подходящих организму клеток крови. На данный момент пациенты с похожими заболеваниями, не имеющие подходящего донора, нуждаются в пересадке костного мозга или переливании пуповинной крови новорожденных детей, содержащей свежие стволовые клетки крови.