Группа ученых из университета Иллинойса, опубликовавших статью в журнале Nature Materials, проверила на мышах влияние механического воздействия на клетки эмбриона. Результаты эксперимента проливают свет на то, как именно в развивающемся организме происходит формирование органов. А это, в свою очередь, может помочь в решении целого ряда вполне практических задач, от поиска причин врожденных болезней до восстановления органов при помощи стволовых клеток.

Потрясти при помощи магнита

Клетки испытывают влияние множества факторов. Прежде всего, это концентрация разнообразных химических веществ и унаследованные клеткой гены. Недавнее исследование, проведенное другой группой ученых, например, показало, что всего одного гена достаточно, чтобы разделить будущую кору головного мозга на шесть слоев.

Наряду с химическими веществами и генами на клетку влияют и другие факторы, от температуры до тряски. Механическое воздействие на клетку ранее было неясным, прежде всего потому, что достаточно сложно приложить строго определенное усилие к какой-то одной из них.

Чтобы точно воздействовать на определенные клетки, ученых предложили использовать крошечные магнитные частицы. Их закрепляли на мембранах клеток, а потом клеточная культура помещалась в переменное магнитное поле, раскачивающее частицы из стороны в сторону.

Нин Ванг, руководитель исследования, поясняет, что как раз именно такое воздействие наиболее близко к тем движениям, которые возникают на клеточном уровне. При работе так называемого миозинового комплекса, входящего в состав мышц, на клетки действует циклически повторяющаяся сила – ее ученые имитировали магнитным полем.

Судьба клеток

Поместив клетки в магнитное поле и подвергнув их тряске, ученые обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, выяснилось, что тряска приводит к изменениям в работе ряда генов. Это означает, что клетки перестают синтезировать одни белки и начинают синтезировать другие. Отсюда, правда, возникают вопросы о том, какие именно и какие еще факторы на это влияют?

Во-вторых, как показали наблюдения за развивающимися стволовыми клетками (первоначально большая часть клеток эмбриона – именно стволовые), приобретение ими определенной специализации приводит к тому, что сами клетки становятся жестче и лучше сопротивляются вибрациям. В сочетании со способностью тряски вызывать изменения в работе генов это может говорить о том, что важность механических воздействий на развивающийся организм недооценена.

Ученые оговариваются, что в их экспериментах речь идет не о тех воздействиях, которым, например, подвергается ребенок при поездке будущей матери на общественном транспорте. Скорее речь идет о силах, которые действуют на клетки со стороны «соседей». Например, в интенсивно растущей ткани клетка может оказаться сдавленной с двух сторон, а развивающееся сердце или мышцы со временем обеспечат и ту самую ритмическую нагрузку, которую имитировали исследователи.

Возможно, что понимание роли механических воздействий на стволовые клетки пригодится и взрослой медицине. Например, недавно при помощи стволовых клеток врачи смогли восстановить разрушенную шейку бедра. Костная ткань, зубы, мышцы – все эти органы в норме работают под нагрузкой, а значит. для их полноценного восстановления необходимо представлять, как развивающиеся клетки реагируют на механические воздействия.