Johns Hopkins ilmuwan melaporkan bahwa membatasi bentuk dan ruang pribadi sel induk manusia dari sumsum tulang adalah lebih penting daripada sinyal molekuler yang dikenal dalam menentukan jenis sel mereka menjadi.
Memahami sinyal yang memberitahu sel-sel induk jenis sel untuk menjadi, dan kemudian memanfaatkan mereka isyarat untuk mendapatkan jenis sel tunggal yang diinginkan, adalah kunci untuk setiap upaya untuk menggunakan atau lebih primitif sel batang embrio untuk menumbuhkan atau memperbaiki jaringan rusak.
Dalam edisi April Developmental Cell, para peneliti Hopkins melaporkan bahwa mesenchymal (diucapkan Mez-EHN-kih-mal) sel induk terpaksa menjadi bola efisien berubah menjadi prekursor sel-sel lemak, sementara yang diizinkan untuk meregangkan dan meratakan bergerak lebih dekat untuk menjadi tulang sel. Sel-sel induk secara alami bisa menjadi sel-sel lemak, tulang rawan, sel-sel tulang, atau otot polos, jantung atau tulang.
"Jenis sel yang berasal dari sel-sel batang mesenchymal semua memiliki bentuk khusus untuk fungsi mereka, jadi kami bertanya-tanya apakah bentuk sel batang 'benar-benar bisa langsung diferensiasi mereka," kata Christopher Chen, MD, Ph.D., asisten profesor rekayasa biomedis di Johns Hopkins. "Jawabannya adalah bahwa bentuk adalah penting untuk diferensiasi sel-sel batang" Ini sebenarnya dapat menimbulkan sinyal molekuler yang dikenal untuk mendorong sel lemak atau pengembangan sel tulang dan menyebabkan lengkap, diferensiasi seragam.. "
Dalam minggu pertama penelitian laboratorium, sekitar 45 persen dari sel induk terpaksa bulat bergerak menuju pengembangan sel lemak, dan 50 persen menyebar keluar sel semakin dekat dengan sel-sel tulang menjadi. Oleh empat minggu, semua sel telah mengikuti jalan yang ditentukan oleh bentuk mereka, Chen mengatakan, membuat bentuk faktor yang paling kuat dalam apakah manusia sel batang mesenchymal menjadi gemuk atau tulang di laboratorium.
Sejak sel-sel induk pertama kali diisolasi pada akhir 1990-an, para ilmuwan telah mengakui bahwa yang tipe sel mereka menjadi tergantung pada kepadatan di mana mereka tumbuh di laboratorium. Tapi sementara pertumbuhan jarang direkomendasikan untuk mendapatkan sel-sel tulang, dan pertumbuhan padat direkomendasikan untuk meningkatkan jumlah sel-sel lemak, tak seorang pun tahu mengapa.
Untuk benar-benar mengerti apakah itu bentuk sel 'atau beberapa aspek dari tetangga mereka yang diferensiasi diarahkan, MD / Ph.D. Rowena calon McBeath menggunakan teknik khusus, yang dikembangkan di lab Chen, yang membatasi sel-sel individu untuk ruang kecil tanpa membutuhkan tetangga selular untuk melakukan berkerumun.
Teknik, disebut micropatterning, menggunakan teknologi yang awalnya dikembangkan untuk industri semikonduktor. Menggunakan karet seperti bahan, perangko diciptakan bahwa masing-masing memiliki pola spesifik kotak mikroskopis, masing-masing dilapisi dengan protein yang menarik sel-sel (fibronektin). Perangko ini kemudian digunakan untuk mentransfer pola ke permukaan, sehingga menghasilkan "pulau" yang sel menempel. Para peneliti justru dapat mengontrol ukuran pulau, dan akibatnya apakah sel-sel akan membentuk bola atau berbaring.
"Dengan alat ini kita dapat membatasi kemampuan sel-sel individual untuk menyebar, dan kita bisa melakukan ribuan sehingga sel pada suatu waktu," kata Chen.
McBeath percobaan menunjukkan bahwa sel-sel batang mesenchymal di pulau-pulau kecil mengepalkan dan, biologis berbicara, bergerak lebih dekat ke sel-sel lemak menjadi, sementara mereka di pulau-pulau besar berbaring dan semakin dekat dengan sel-sel tulang menjadi. Dalam percobaan berikutnya, ia membuktikan bentuk yang tidak dapat diatasi dengan sinyal molekuler yang dikenal secara tradisional digunakan untuk mendorong sel-sel batang mesenchymal untuk membedakan menjadi baik prekursor sel lemak atau tulang.
"Peregangan keluar mendorong sel induk untuk menjadi prekursor sel tulang, dan tidak ada koleksi sinyal lemak-mendorong kemudian mampu mengatasi dampak awal bentuk," kata McBeath, MD / Ph.D. kandidat dalam program Kedokteran Seluler dan Molekular pascasarjana.
McBeath juga menunjukkan bahwa molekul yang disebut RhoA, dikenal aktif ketika sel-sel menyebar, bisa meniru efek dari bentuk pada diferensiasi sel batang ". RhoA menerus aktif menyebabkan sel induk untuk bergerak ke arah tulang, sementara RhoA aktif mendorong mereka untuk menjadi sel-sel lemak, bahkan ketika terkena faktor yang diketahui untuk mendorong diferensiasi terhadap jenis sel yang berlawanan.
"Hebatnya, ketika sel-sel itu hanya tumbuh di piring biasa di laboratorium, aktivasi atau inaktivasi RhoA yang mengesampingkan sinyal biasanya digunakan untuk mengarahkan pertumbuhan mereka terhadap lemak atau tulang," kata McBeath. "Tapi mengubah aktivitas RhoA tidak bisa memaksa sel bulat untuk menjadi prekursor tulang, atau sel menyebar ke menjadi sel lemak di micropatterns kami."
Namun, ia menemukan bahwa mengaktifkan enzim kinase RhoA atau ROCK, yang diaktifkan oleh RhoA, disebabkan bahkan mengepalkan sel untuk membedakan ke arah tulang. Pada 8 April, sebagai pengakuan atas karyanya, McBeath menerima Nupur Dinesh Research Award Thekdi sebagai bagian dari Hari 'Penyidik muda 27 tahunan Hopkins.
Selanjutnya, para peneliti akan bekerja pada mencari tahu persis bagaimana menentukan bentuk sel batang masa depan 'dan apa peran ROCK dan bermain RhoA dalam proses.
Penulis di laporan ini adalah McBeath, Chen, Dana Pirone, Celeste Nelson dan Kiran Bhadriraju, semua Johns Hopkins. Penelitian ini didanai oleh National Institute Umum Ilmu Kedokteran, National Institutes of Ilmuwan Medis Program Kesehatan Pelatihan, Ruth L. Kirschstein Riset Nasional Service Award, dan The Yayasan Whitaker.