Важнейшие функции организма, от которых мы зависим, но о которых не думаем сознательно, – такие как частота сердечных сокращений, кровоток, дыхание и пищеварение – регулируются нервно-сосудистым блоком. Сосудисто-нервная единица состоит из кровеносных сосудов и гладких мышц под контролем вегетативных нейронов. Тем не менее, как нервная и сосудистая системы объединяются во время развития, чтобы координировать эти функции, не совсем понятно. Используя эмбриональные стволовые клетки человека, исследователи из Калифорнийского университета, Медицинской школы Сан-Диего, Онкологического центра Мура и Медицинского исследовательского института Санфорд-Бернхэм создали модель, которая позволяет им отслеживать клеточное поведение на самых ранних этапах развития человека в режиме реального времени. Модель впервые показывает, как вегетативные нейроны и кровеносные сосуды объединяются, чтобы сформировать сосудисто-нервную единицу.
Исследование опубликовано 21 мая в Stem Cell Reports.
"Эта новая модель позволяет нам проследить судьбу отдельных типов клеток во время развития, поскольку они работают совместно, что невозможно в интактных эмбрионах, отдельных клеточных линиях или моделях мышей," сказал соавтор исследования Дэвид Череш, доктор философии, заслуженный профессор патологии, заместитель председателя по исследованиям и разработкам и заместитель директора по трансляционным исследованиям Калифорнийского университета в Сан-Диего. "И если мы когда-либо собираемся использовать стволовые клетки для разработки новых систем органов, нам необходимо знать, как различные типы клеток объединяются, чтобы сформировать сложные и функциональные структуры, такие как нервно-сосудистая единица."
Нервно-сосудистая единица включает три типа клеток: эндотелиальные клетки, которые образуют трубку кровеносного сосуда (сосудистую); клетки гладких мышц, которые покрывают эндотелиальную трубку и контролируют сосудистый тонус; и вегетативные нейроны, которые влияют на способность гладких мышц сокращаться и поддерживать тонус сосудов.
Исследование показало, что отдельные сигналы, производимые эндотелиальными клетками и клетками гладкой мускулатуры, необходимы для эмбриональных клеток, чтобы дифференцироваться в вегетативные нейроны. Исследователи обнаружили, что эндотелиальные клетки выделяют оксид азота, в то время как клетки гладких мышц используют белок Т-кадгерин для взаимодействия с нервным гребнем, специализированными эмбриональными клетками, которые дают начало частям нервной системы и другим органам. Комбинации оксида азота эндотелиальных клеток и взаимодействия Т-кадгерина достаточно, чтобы заставить клетки нервного гребня стать вегетативными нейронами, где они затем могут координироваться с развивающимися кровеносными сосудами.
Помимо ответов на давние вопросы о человеческом развитии и повышения шансов того, что однажды ученые смогут создать искусственные органы из стволовых клеток, это новое понимание вегетативной нервной системы также имеет значение для редких наследственных состояний, таких как нейрофиброматоз, туберозный склероз и болезнь Гиршпрунга.
"Эти наблюдения могут помочь объяснить определенные синдромы болезней человека, при которых аномалии нервной системы, по-видимому, связаны, по ранее неясным причинам, с сосудистыми аномалиями," сказал соавтор исследования Эван Снайдер, доктор медицинских наук, профессор и директор Центра стволовых клеток и регенеративной медицины в Сэнфорд-Бернхеме. "Кроме того, мы демонстрируем здесь, что моделирование человеческого развития и болезней в лаборатории должно учитывать несколько типов клеток, чтобы отразить реальное состояние человека. Мы больше не можем полагаться только на изучение чистых популяций того или иного типа клеток."