Исследователи из Великобритании разработали метод построения карты ткани, который может позволить еще в большей степени приблизить свойства искусственно выращенной биологической ткани к свойствам ткани биологического происхождения.

Результаты работы могут оказаться полезным для создания искусственных органов, например сердечных клапанов, которые в меньшей степени будут отторгаться организмом при трансплантации.

Выращенные в лаборатории биологические ткани после трансплантации зачастую могут отторгаться иммунной системой человека, что дает исследователям повод предполагать, что существует очень тонкое, но, тем не менее, проявляющееся различие натуральных и выращенных тканей, проявляемое на молекулярном уровне. Однако до настоящего времени не существовало надежных методов, позволяющих сравнить молекулярные структуры искусственной и «натуральной» тканей. 

Проблема такого анализа заключается в следующем – в настоящее время возможно построить одномерную молекулярную карту тканей с помощью метода спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР); такую карту можно построить, анализируя сигналы ядер изотопов атомов углерода и азота с ненулевым спином – углерода-13 и азота-15, содержащихся в веществах, образующих клетки ткани. Тем не менее, полную трехмерную карту ткани, в особенности для настоящего живого организма было невозможно построить. Это обстоятельство связано с тем, что магнитоактивные нуклиды углерода и азота (более тяжелые, чем типичные для земной коры 12C и 14N) чрезвычайно мало представлены в земной коре, к тому же считалось, что искусственное обогащение ткани или организма этими тяжелыми магнитоактивными нуклидами может повлиять на протекание биохимических процессов до полного их прекращения и, соответственно, несовместимости с жизнью.

Мелинда Дуер (Melinda Duer) с коллегами из Кембриджа впервые успешно продемонстрировала возможность обогащения организма мыши тяжелыми магнитоактивными изотопами углерода и азота, использовав это обогащение для сравнения костной ткани этой мыши и выращенного в лаборатории эквивалента этой ткани. Для достижения этого результата исследователи в течение трех недель кормили мышь пищей, обогащенной тяжелыми изотопами углерода и азота, после чего с помощью метода ЯМР была построена карта распределения белков в костной ткани мыши. Сходным же образом была создана и проанализирована «тяжелая» искусственная костная ткань мыши, которую и сравнивали с «натуральной» мышиной.

Как заявляет Дуер, предложенный подход позволил получить очень высококачественные ЯМР спектры тканей. Результаты анализа довольно быстро позволили подтвердить ранее высказавшееся предположение о том, что ткани, вырастающие в живом организме, и ткани, выращенные в лаборатории, отличаются на молекулярном уровне. На следующем этапе исследователи не только использовали метод ЯМР для определения этих различий на уровне строения белков и других биологически активных соединений, но и предложили стратегию, которая в условиях лаборатории позволит вырастить ткань, более близкую по молекулярной структуре к ткани организма.

Еще одно важное открытие было сделано при сравнении углеводов, связывающихся с коллагеном в области вне ткани кости. Исследователи обнаружили, что в таком связывании участвует углевод полирибоза, которая, как предполагалось ранее, может существовать только внутри клеток, где она участвует в процессах восстановления поврежденной ДНК. Результаты позволяют предположить, что полирибоза может участвовать в минерализации костной ткани – это открытие требует дальнейшего осмысление и, в перспективе, существенным образом изменить наши представления о механизме роста кости.

Источник: Science, 2014, 344, 742; DOI: 10.1126/science.1248167