Исследователи, такие как Иоаннис Зервантонакис, все еще пытаются понять, как эти клетки общаются друг с другом. Доцент кафедры биоинженерии Школы инженерии Свансона при Питтсбургском университете недавно получил премию Национального института общих медицинских наук за максимальное развитие исследовательской деятельности, а его проект «Связь макрофагов и фибробластов при миграции клеток и ремоделировании внеклеточного матрикса» получит более 1,95 млн долларов общего финансирования в течение следующих пяти лет.

В лаборатории Zervantonakis Microenvironment Engineering Lab интегрированы микрофлюиды, моделирование системной биологии и эксперименты in vivo для изучения роли сложных микроокружений на рост, миграцию и реакцию клеток на здоровье и болезнь. Обычно его исследования посвящены раковым заболеваниям, но в данном проекте внимание будет сосредоточено именно на взаимоотношениях между двумя типами клеток: макрофагами и фибробластами.

Это позволит понять фундаментальные процессы, посредством которых эти два типа клеток взаимодействуют между собой, — сказал Зервантонаки.

Вместе они обеспечивают тканям способность к заживлению, росту и адаптации к постоянно меняющейся среде.

Фибробласты — это клетки, которые создают и поддерживают разнообразные соединительные ткани, обеспечивающие широкий спектр важнейших функций органов, таких как устойчивость кожи к резким повреждениям и заживление рубцов. Макрофаги — белые кровяные клетки, которые помогают уничтожать вредные вещества, поглощая чужеродные материалы и инициируя иммунный ответ. Обе эти клетки помогают регулировать тканевый гомеостат, или равновесие, в организме.

Одна из задач — выяснить, как эти клетки реагируют на гипоксию, или недостаток кислорода в сложной трехмерной среде. Отличаясь от предыдущих исследований в этой области, данный проект предполагает разработку новой технологии создания микрофлюидных устройств для точного управления потоком кислорода, а также использование клеточных биосенсоров для изучения реакции фибробластов и макрофагов на изменения внеклеточного матрикса в интактных тканях.

С помощью вычислительного моделирования и микрофлюидных устройств мы можем начать разбираться, что важнее в коммуникации клетка-клетка: Важнее ли кислород. Важны ли механические силы, генерируемые клетками во внеклеточном матриксе? — сказал Зервантонакис.

Если фибробласты и макофаги чрезмерно активизированы, то какие белки мы можем направить на снижение их активации, чтобы уменьшить воспаление и рубцевание тканей.

Результаты этого исследования будут иметь несколько важных последствий. Одна из основных проблем, которую может решить эта область, — понимание того, как лечить различные виды легочных заболеваний.

Связь между макрофагами и фибробластами может быть нарушена при хронической легочной гипертензии или легочном фиброзе, — сказал Зервантонакис.

При фиброзе легких изменяется уровень кислорода, поэтому понимание того, как кислород влияет на оба этих типа клеток, может помочь нам найти новые лекарства для борьбы с этими заболеваниями.

Белки (тетраспанины и рецепторы клеточно-матричной адгезии), которые изучает группа Зервантонакиса, могут также регулировать взаимодействие макрофагов и фибробластов при раке и аутоиммунных заболеваниях, а также влиять на регенерацию тканей.

Поскольку макрофаги и фибробласты играют важную роль в развитии тканей, манипуляции с белками, контролирующими механическое поведение фибробластов или подвижность макрофагов, могут быть использованы для стимулирования регенерации или понимания дефектов развития.

По словам Руксуана Ли, кандидата наук по биоинженерии, работающего в лаборатории, уникальным аспектом данного проекта является использование 3D-моделей in-vitro, что является особенностью лаборатории и позволяет получить более эффективную и дешевую модель по сравнению с моделями, используемыми в исследованиях на животных.

Для изучения поведения клеток в нашей лаборатории мы используем различные 3D-культуры in-vitro, включая микрофлюидные чипы, микролунки и 3D-гидрогелевые системы совместной культуры, — сказал Ли.

В отличие от моделей животных и двухмерных моделей срезов тканей, трехмерные модели in-vitro могут имитировать трехмерную структуру и микроокружение тканей человека.

Значительная часть предварительных данных для этого предложения была получена благодаря работе Ли и постдокторанта Янгбина Чо, который также отметил важность 3D-моделей.

Мы планируем усовершенствовать нашу 3D-платформу in vitro, чтобы точно зафиксировать сложное взаимодействие между макрофагами и фибробластами внутри внеклеточного матрикса, — сказал Чо.

Используя нашу систему визуализации с высоким разрешением конфокального микроскопа и микрофлюидные устройства, мы будем наблюдать в реальном времени взаимодействие клеток и фибробластов и структурное ремоделирование матрикса под действием клеток.

В течение следующих пяти лет целью MIRA Зервантонакиса является повышение эффективности финансирования NIGMS путем предоставления исследователям большей стабильности и гибкости, что повысит научную продуктивность и шансы на важные прорывы.

Все дело в фундаментальных вопросах и фундаментальных механизмах: мы, по сути, изучаем дисрегуляцию механизмов коммуникации между клетками, что может иметь последствия для многих заболеваний, — сказал Зервантонакис.