Изучение биологических механизмов в уротелиальной ткани, одном из трех типов тканей, составляющих мочевыделительную систему, всегда было очень ограниченным из-за отсутствия технологий, позволяющих работать со стабильными и долгосрочными популяциями клеток, составляющих ее. Как следствие, механизмы, лежащие в основе таких заболеваний, как рак мочевого пузыря или цистит, остаются плохо изученными.
Теперь ученые из группы эпителиального канцерогенеза под руководством Пако Реала из Испанского национального центра онкологических исследований (CNIO) использовали инновационную технологию органоидов для получения стабильных, долговременных культур уротелиальных клеток мышей. Впоследствии они охарактеризовали органоиды путем секвенирования РНК отдельных клеток и идентифицировали небольшую популяцию стволовых клеток – пролиферативных клеток – которые дают начало органоидам и которые до сих пор не могли быть изучены. Это позволит работать с этой популяцией и откроет новую эру в изучении заболеваний мочевыделительной системы. Исследователь Катарина П. Сантос – первый автор этого исследования, которое будет опубликовано в журнале Nature Communications.
Первое глубокое понимание уротелиальных клеток
Уротелиальная ткань – это один из трех типов тканей, из которых состоят органы мочевыделительной системы; он образует слой, который выстилает мочевой пузырь, почки, мочеточники и уретру. Эти клетки имеют большое значение в развитии рака мочевого пузыря, поскольку их неконтролируемая пролиферация вызывает 90 процентов этих опухолей. Эти клетки также играют роль в других заболеваниях, таких как цистит, который очень распространен, особенно у женщин.
Изучение этих тканей in vitro затруднено из-за невозможности получения стабильных долгосрочных культур. "До сих пор вы могли держать клетки в культуре только в течение нескольких дней или недель, и вы вряд ли могли работать с ними, потому что клетки быстро теряли свою индивидуальность," объясняет Реал. "С помощью этой новой техники мы смогли сохранить клетки в культуре более года, и клетки сохранили свойства исходной ткани."
Технология органоидов позволяет клеточным культурам расти в трехмерной матрице под названием Матригель. Его преимущество перед традиционными культурами в чашках Петри, которые являются двухмерными, заключается в том, что трехмерная структура больше похожа на условия, в которых клетки растут в самом организме. Эта технология может стимулировать производство органов для трансплантации в будущем.
Благодаря секвенированию одноклеточной РНК исследователи смогли определить природу популяции уротелиальных стволовых клеток этих органоидов, которые могут пролиферировать и вызывать рак. До сих пор было невозможно расширить, проанализировать и описать эту популяцию клеток, поскольку на нее приходится менее 1 процента всей ткани мочевого пузыря. Из-за этого исследователям очень сложно работать с этими клетками и, как следствие, добиваться прогресса в изучении болезней, возникающих в результате их неправильного функционирования.
"Теперь мы можем искать эти клетки напрямую, потому что у нас есть больше информации об их идентичности," говорит реальный. "Мы также можем увидеть, чем они похожи и чем отличаются от опухолевых клеток, потому что опухолевые клетки также размножаются ненадлежащим образом и могут иметь некоторые общие черты. Это даст нам ключ к пониманию того, что изменилось в этих клетках, что привело к образованию опухоли."
Новый импульс исследованиям болезней и регенерации тканей
Команда также показала, что приобретение функциональных свойств зависит от Notch, гена, который при раке мочевого пузыря функционирует как опухолевый супрессор: активация Notch заставляет клетки дифференцироваться, что является нормальной функцией клетки, которая служит механизмом защиты от опухоли. рост. "Мы впервые показываем, что этот путь, который, как мы ранее продемонстрировали, изменяется при раке мочевого пузыря, играет роль в нормальной ткани и обусловливает ее дифференциацию, и что, вероятно, это причина того, почему он также играет роль в опухолях," говорит реальный. "Когда этот путь инактивирован, клетки не могут хорошо дифференцироваться и будут более восприимчивы к развитию рака."
Эти результаты полезны не только для исследования рака мочевого пузыря, но и для других патологий мочевого пузыря, таких как цистит. "Наша работа позволяет исследователям, изучающим другие патологии, иметь стабильные популяции клеток в больших количествах для изучения этих заболеваний. Кроме того, наш метод увеличения популяций клеток может иметь важное значение для регенерации тканей после операции."
В качестве следующих шагов в этом исследовании Paco Real стремится выполнить ту же процедуру на человеческих клетках, генетически манипулировать ими, а затем вызвать повреждение, чтобы проанализировать их поведение в патологических ситуациях и раскрыть их механизмы восстановления.