В 1992 г. в лабораторию гистогенеза, возглавляемую академиком Н.Г. Хрущовым, перешла группа специалистов из Научно-производственного центра медицинской биотехнологии Минздрава СССР, а в 1995 г. коллектив получил статус лаборатории,
которую назвали "Лаборатория проблем клеточной пролиферации".
По истечении 20 лет, в 2016 году было принято решение сменить название на новое – "Лаборатория клеточной биологии".
Первоначально лабораторией руководил ее основатель – д.б.н. В.В. Терских, затем – д.б.н., чл.-корр. РАН, А.В. Васильев, а в настоящее время ее возглавляет д.б.н., чл.-корр. РАН, Е.А. Воротеляк.
Исследования в области морфогенеза кожи, которые велись в лаборатории на протяжении многих лет, сконцентрированы в настоящее время в области регенеративной способности и морфогенеза волосяного фолликула. Волосяной фолликул является удивительным миниорганом, который на протяжении всей жизни организма способен непрерывно регенерировать. Такая высокая регенеративная способность волосяного фолликула обеспечивается наличием в его составе нескольких пулов стволовых клеток. Мы изучаем поведение стволовых клеток волосяного фолликула в различных условиях (в норме, в ответ на повреждение, при культивировании), механизмы морфогенеза, регенерации и эпителио-мезенхимных взаимодействий в процессе формирования волосяного фолликула. Мы разрабатываем различные подходы для воспроизведения морфогенеза волосяного фолликула в трехмерной культуре с использованием постнатальных клеток. Создание технологии выращивания фолликулоподобных структур в культуре имеет большие перспективы в регенеративной медицине для лечения облысения (алопеции). Основными клеточными популяциями волосяного фолликула являются мезенхимные клетки дермальной папиллы и эпидермальные стволовые клетки
наружного корневого влагалища (риc. 1).
Несмотря на то, что свойства этих клеток достаточно хорошо изучены, существует еще много нерешенных проблем, в частности, получение и длительное культивирование без потери индукционных свойств этих клеток. Подбирая условия формирования фолликулоподобных структур в культуре мы, с одной стороны, можем проследить за начальными стадиями морофогенеза волосяного фолликула in vivo, а с другой стороны, создать биотехнологический продукт для регенерации придатков кожи.
Ведется изучение стволовых клеток постнатального нервного гребня, расположенных в области балдж волосяного
фолликула (СКНГ-ВФ) мыши и человека (риc. 2).
Особое внимание уделяется нейральному потенциалу: дифференцировочным потенциям, особенностям интеграции в ткани головного и спинного мозга. Проводились трансплантации мышиных СКНГ-ВФ в головной мозг мыши, а также исследование взаимодействия клеток с переживающими
срезами головного мозга мыши in vitro.
Рис. 1. Срез кожи эмбриона мыши на стадии Е18,5, окраска антителами против P-кадгерина (зеленый) и инволюкрина (красный). Ядра докрашены DAPI (синий).
Рис. 2. Сфероиды, cформированные СКНГ-ВФ человека в культуре.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) человека, (риc. 3)
помимо потенциальной возможности их использования в регенеративной медицине и фундаментальных исследованиях
плюрипотентности и клеточной дифференцировки, могут использоваться для моделирования наследственных заболеваний in vitro.
В нашей лаборатории получены несколько линий ИПСК человека, в том числе, от доноров с синдромом Дауна.
Пациенты с синдромом Дауна в настоящий момент считаются крупнейшей группой пациентов с наследственной
предрасположенностью к болезни Альцгеймера. При помощи метода направленной дифференцировки мы получили культуры
нейронов от пациентов с синдромом Дауна (риc. 4),
в которых регистрируются признаки патологического метаболизма бета-амилоида, по сравнению с контрольными культурами клеток (с нормальным кариотипом).
В частности, мы зафиксировали накопление bA-42 (патологическая изоформа бета-амилоида)
в виде гранул в культуре клеток и повышенную его секрецию в культуральную среду.
Полученные культуры могут служить тест-системами для скрининга лекарственных препаратов для лечения болезни
Альцгеймера, поскольку
ИПСК человека обладают неограниченных пролиферативным потенциалом
и позволяют масштабировать систему до любых необходимых размеров (риc. 5).
Рис. 4. Дифференцировка ИПС клеток в нейральном направлении. Самоорганизация клеток в т.н. "розетки", состоящие из нейральных стволовых клеток. Окраска на Nestin (зеленым), ядра клеток мечены DAPI (синий).
Рис. 3. Колония идуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК).
Рис. 5. Терминальная дифференцировка в нейроны и глию. Окраска на GFAP(красным), beta-III-Tubulin (зеленым), ядра клеток мечены DAPI (синий).
Тканевая инженерия
Исследовательским коллективом, включающим как сотрудников нашего института, так и специалистов из других организаций, в том числе действующих клиницистов был разработан комплекс методов для нового направления медицинской науки – регенеративной медицины. Общим подходом, лежащим в основе этих методов, является использование культивированных клеток человека в сочетании с матриксом. К настоящему времени уже показали свою эффективность такие разработки, как живой эквивалент кожи (ЖЭК), дермальный эквивалент, эквивалент роговицы, эквивалент уретры и др. В настоящее время круг интересов сотрудников лаборатории в этой области расширяется. Активно ведутся разработки подходов к восстановлению хрящевой ткани,
лечению диабета и генно-клеточной терапии (риc. 6).
Рис. 6. Структура живого эквивалента кожи
В лаборатории разработан эквивалент хрящевой ткани из постнатальных хондроцитов без использования подложки для клеток. При трансплантации в дефект хрящевой ткани уха кролика хрящевой эквивалент встраивается в структуру поврежденной ткани
и восполняет дефект (риc. 7).
Совместно с НИИ глазных болезней им. Гельмгольца показано, что трансплантация хрящевого эквивалента в ожоговое бельмо позволяет получить роговично-хрящевой комплекс большей толщины по сравнению с ожоговыми бельмами в контроле, что может создать хорошие условия для последующей фиксации опорной пластины кератопротеза и позволит
предотвратить ее обнажение (риc. 8 A, Б, В).
В лаборатории также исследуется роль мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в развитии различных патологических процессов, таких как развитие опухоли и метастазирование, мышечная дистрофия Ландузи-Дежерина. В работе с коллегами из НГУ им.
Н.И. Лобачевского и Нижегородской государственной медицинской академии используя методы прижизненного биоимиджинга показано, что системное введение МСК тормозит образование метастазов аденокарциномы молочной железы
(Meleshina et al. Stem Cell Research & Therapy (2015) 6:15; DOI 10.1186/s13287-015-0003-7).
Рис. 7. Внешний вид хрящевого эквивалента
Рис. 8. Трансплантация хрящевого эквивалента в ожоговое бельмо (120 суток после трансплантации)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Рис. 1. Срез кожи эмбриона мыши на стадии Е18,5, окраска антителами против P-кадгерина (зеленый) и инволюкрина (красный). Ядра докрашены DAPI (синий).
Рис. 2. Сфероиды, cформированные СКНГ-ВФ человека в культуре.
Рис. 4. Дифференцировка ИПС клеток в нейральном направлении. Самоорганизация клеток в т.н. "розетки", состоящие из нейральных стволовых клеток. Окраска на Nestin (зеленым), ядра клеток мечены DAPI (синий).
Рис. 3. Колония идуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК).
Рис. 5. Терминальная дифференцировка в нейроны и глию. Окраска на GFAP(красным), beta-III-Tubulin (зеленым), ядра клеток мечены DAPI (синий).
Рис. 6. Структура живого эквивалента кожи
Рис. 7. Внешний вид хрящевого эквивалента
Рис. 8. Трансплантация хрящевого эквивалента в ожоговое бельмо (120 суток после трансплантации)