popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 158598, nr raportu: 13422. Kierownik (z rap.): dr Anna Otylia Sarnowska
Opóźnione wprowadzenie do kliniki terapii regeneracyjnej opartej na wykorzystaniu
mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC) związane jest ze stosunkowo słabą przeżywalnością
przeszczepionych komórek dawcy. Transplantowane donarządowo MSC eksponowane są na silną
odpowiedź immunologiczną, znacznie utrudniającą ich przeżycie i różnicowanie. Przeszczepione w postaci
zawiesiny komórki pozbawione kontaktu z macierzą zewnątrzkomórkową, a także początkowo kontaktów
międzykomórkowych w stosunkowo krótkim czasie po przeszczepie giną w mechanizmie apoptozy, zwanej
anoikis. Częściowym rozwiązaniem problemu wydaje się być transplantacja komórek osadzonych w
polimerowych szkieletach 3D, stanowiących zarówno fizyczną barierę chroniącą komórki dawcy przed
reakcją immunologiczną biorcy, jak również spełniających rolę „sztucznych nisz komórkowych”.
Biopolimerowe szkielety zgodnie z danymi literaturowymi, poprzez swoją strukturę, elastyczność i skład
mogą również modulować rozwój komórek kierunkując je na drogę różnicowania w określonym kierunku.
Do doświadczeń związanych z regeneracją OUN zastosowaliśmy mezenchymalne komórki
macierzyste (WJ-MSC) izolowane z tkanki podporowej sznura pępowiny (galarety Whartona). Komórki te,
w odróżnieniu od innych mezenchymalnych komórek macierzystych, posiadają unikalne właściwości tj.
nieograniczoną dostępność, niską immunogenność, wysoki potencjał proliferacyjny. Ponadto WJ-MSC, jako
dotychczas jedyne opisane, wykazują spontaniczną zdolność do różnicowania w kierunku neuralnym.
Głównym celem zakończonego projektu była charakterystyka WJ-MSC oraz poznanie
molekularnych mechanizmów promujących ich przeżycie i różnicowanie w zależności od fizykochemicznych parametrów środowiska.
W trakcie trwania projektu scharakteryzowaliśmy WJ-MSC in vitro i in vivo. Pobierając całe
fragmenty stromy sznura pępowiny stworzyliśmy naturalne szkielety, zawierające komórki macierzyste (WJMSC), komórki podporowe oraz czynniki troficzne i macierz zewnątrzkomórkową. W stosunku do
zastosowanych biopolimerowych szkieletów 3D zaobserwowaliśmy bardzo dobrą integrację fragmentów
galarety Whartona z tkanką nerwową mózgu szczura, a także stosunkowo małą odpowiedź immunologiczną
gospodarza, pozwalającą na dobre przeżycie komórek obecnych we fragmentach stromy. Jednocześnie
obserwowaliśmy pojawianie się w WJ-MSC ekspresji wczesnych markerów neuralnych, co potwierdziło
spontaniczną zdolność do różnicowania neuralnego tych komórek.
Dokonaliśmy również oceny wpływu kształtu powierzchni 2D (domen) na przeżywalność,
proliferację i różnicowanie WJ-MSC. Nasze wyniki wykazały, że WJ-MSC hodowane na domentach z
nadrukowanymi liniami dłużej zachowywały charakter niezróznicowany/progenitorowy, natomiast komórki
hodowane na podłożu o wzorze kratek połączonych liniami szybciej różnicowały się w stronę neuralną.
Wyniki uzyskane na domenach 2D korelowały z wynikami uzyskanymi na biopolimerowych rusztowaniach
3D. W naszych doświadczeniach niebiofunkcjonalizowane szkielety tworzyły rodzaj sztucznych nisz
komórkowych, w których wzrastała przeżywalność i proliferacja nasadzonych komórek, ale nie obserowano
ich różnicowania. Na podstawie tych wyników wydaje się, że w celu pobudzenia różnicowania komórek,
należy zaprojektować szkielety o złożonej budowie: w centrum o porach małych ( wzmagających
proliferację) i średnich służących do wymiany gazów, a na obrzeżach o większej powierzchni adhezyjnej,
wspomagającej zmianę morfologii komórek i ich różnicowanie.
Dodatkowym zadaniem rozwiniętym w czasie trwania projektu była ocena wpływu mikrośrodowiska
na różnicowanie komórek macierzystych/progenitorowych. W podjętych badaniach oceniano wpływ tkanki
nerwowej pochodzącej z różnych regionów ośrodkowego układu nerwowego (hipokampa vs. rdzenia
kręgowego) na ekspresję czynników transkrypcyjnych, cytokiny oraz neurotrofin. Wykazano, że
mikrośrodowisko tworzone przez skrawki organotypowe hipokampa/rdzenia odmiennie wpływa nie tylko na
różnicowanie badanych komórek, ale również na ich aktywność parakrynną, przyczyniającą się in situ do
inicjowania procesów neurogennych, neuroprotekcyjnych, a także-co niezwykle istotne z punktu widzenia
terapii komórkowej - na właściwości immunomodulacyjne w tkance objętej stanem zapalnym. Badania
molekularne potwierdziły, że w skrawkach pochodzących z hipokampa przeważają sygnały o charakterze
neurogennym, podczas gdy w skrawkach rdzenia kręgowego przeważają sygnały gliogenne.
Wiedza dotycząca wpływu bodzców zewnętrznych na los komórek może umożliwić regulowanie
przy pomocy kształtu, topografii bądź struktury chemicznej środowiska różnicowanie przeszczepionych
komórek.