Milch von den Zähnen: ein Berufswechsel für Zellen

Wie viele Zellen befinden sich im menschlichen Körper? Einige Quellen glauben, dass es ungefähr 100 Billionen von ihnen gibt, während andere - 37.2. Wer auch immer Recht hat, jede dieser Optionen ist erstaunlich. Zellen im Körper eines Lebewesens erfüllen je nach Herkunftsort eine Vielzahl von Funktionen. Zellen des Nervensystems, d.h. Neuronen funktionieren wie Mini-Computer, die Informationen durch elektrische und chemische Reaktionen sammeln, speichern, verarbeiten und übertragen. Rote Blutkörperchen, d.h. Rote Blutkörperchen transportieren lebenswichtigen Sauerstoff durch den Körper. Die Liste kann fortgesetzt werden, aber das Wesentliche ist einfach - jede Zelle hat ihre eigene klare Spezifikation, sozusagen ein Programm, das sie über ihre gesamte Existenz verfolgen wird. Oder ist es nicht so? Wissenschaftler der Universität Zürich (Schweiz) fanden heraus, dass die zahnärztlichen epithelialen Stammzellen von Mäusen ihren Beruf unter dem Einfluss externer Faktoren ändern und sich in Brustdrüsenzellen zurückbilden können. Wie genau haben die Wissenschaftler herausgefunden, wie kompliziert das Verfahren zur Änderung der Zellspezifikation ist und wie wichtig diese Entdeckung für die Behandlung von Brustkrebspatientinnen ist? Antworten auf diese Fragen finden wir im Bericht der Forschungsgruppe. Lass uns gehen.

Studienbasis

Was haben Haut und Zähne gemeinsam? Es gibt eine Hypothese, dass Zähne wie Talg-, Brust- und Schweißdrüsen, Haare und Nägel ektodermale Anhänge sind. Alle diese abgeleiteten Elemente (Anhänge) haben ihre eigene einzigartige Struktur, die sich durch kontinuierliche molekulare Vernetzungen zwischen Epithel und Mesenchym * entwickelt .

Mesenchym * - eine Sammlung von Zellen, die in einem bestimmten Stadium der intrauterinen Entwicklung ähnliche morphologische Eigenschaften aufweisen, aber anschließend werden diese Zellen gemäß der Zelldifferenzierung zu verschiedenen Gruppen gehören, d.h. haben verschiedene Funktionen.

In den frühen Stadien der Entwicklung des Organismus weisen alle diese Organe, also ihre Zellen, sehr ähnliche Merkmale auf, aber in den späteren Stadien der Entwicklung bestimmt die molekulare Reorganisation ihre Karriere. Veränderungen in der Expression von regulatorischen Molekülen können dazu führen, dass eine Zelle, die sich entlang einer Linie entwickelt, diese dramatisch verändert.

Ein weiterer gemeinsamer Aspekt für alle ektodermalen Organe ist das Vorhandensein einer Stammzellpopulation, die verschiedene Arten von Zellen erzeugen kann, die für die Homöostase und Regeneration während des gesamten Lebenszyklus erforderlich sind.

Jüngste Experimente haben die Identifizierung verschiedener Populationen epithelialer Stammzellen durch Verfolgung der genetischen Linie in Organen wie Haaren, Brustdrüsen und Zähnen ermöglicht.

Wenn wir speziell über Zähne sprechen, regenerieren sie sich beim Menschen leider nicht, wachsen nicht nach und werden nicht aktualisiert (zur Freude privater Zahnärzte). Bei Nagetieren wachsen die Schneidezähne jedoch ständig. Multipotente * Dental-Epithel-Stammzellen (DESC), die die Stammzellmarker Gli1, Bmi1 und Sox2 exprimieren, wurden an den hinteren Enden der Maus-Schneidezähne gefunden.

Multipotente * Stammzellen führen zu Zellen unterschiedlichen Gewebes, aber die Vielfalt ihrer Spezies ist auf die Grenzen eines Keimblatts beschränkt.

Es ist logisch, dass diese Stammzellen alle zahnärztlichen Epithelzellen erzeugen können. Aber können sie etwas anderes erschaffen?

Die Forscher erinnern daran, dass zur Identifizierung epithelialer Stammzellen und zur Beurteilung ihrer Plastizität während der Geweberegeneration am häufigsten Laboranalysen durch Zelltransplantation verwendet werden und Brustdrüsen sich ideal als Untersuchungsgegenstand eignen. Während der Untersuchung der Brustregeneration werden daraus gewonnene Epithelfragmente oder disaggregierte (in Teile unterteilte) Epithelzellen in nicht-epitheliales Brustmesenchym transplantiert, d.h. in die Fettschleimhaut, um funktionelle duktale Epithelstrukturen zu erzeugen. Mit anderen Worten, die Zellen der jungen Drüse verwandeln die Fettzellen in ihre eigene Art und statten sie mit ihren Funktionen aus.

Diese klassische Analyse basiert jedoch auf der Verwendung von funktionierenden Brustzellen und nicht funktionierenden Zellen, wiederum Brustdrüsen. In der Studie, über die wir heute nachdenken, gingen die Wissenschaftler noch einen Schritt weiter und beschlossen, die sogenannte chimäre Zellrekombination unter Verwendung von dentalen epithelialen Stammzellen (DESC) durchzuführen.

Ähnliche Experimente wurden bereits früher mit Neuronen, Knochenmarkszellen, Eierstöcken und sogar Krebszellen durchgeführt. Die Ergebnisse waren jedoch nicht besonders ermutigend. Tatsache ist, dass diese nicht-Brustepithelzellen ohne die Unterstützung von Brustepithelzellen (MEC - Brustepithelzellen ) nicht in der Struktur der Brustdrüse gewachsen sind. Außerdem konnten die resultierenden Zellen keine Milchgänge erzeugen. Einfach ausgedrückt, diese Zellen wurden zu Brustzellen, aber nicht funktionsfähig.

Den Zürcher Wissenschaftlern gelang es jedoch, in ihrer Arbeit ein bisher beispielloses Ziel zu erreichen - zahnärztliche epitheliale Stammzellen zur Erzeugung nicht-zahnärztlicher Zelllinien zu zwingen. Überlegen Sie, wie sie es geschafft haben.

Forschungsergebnisse

Wie in klassischen Laborstudien wurde in dieser Arbeit die Methode der Brustregeneration verwendet, um die Plastizität von DESC-Zellen sowie ihre Fähigkeit zur Erzeugung von Brustepithelzellen nach Transplantation in Körperfett zu bewerten ( 1A ).


Bild Nr. 1

DESC-exprimierende Marker sowohl von Epithel- als auch von Stammzellen ( 1B ) wurden aus der Halsschleife * der Schneidezähne unter Verwendung von grün fluoreszierendem Protein (GFP) zur Identifizierung erhalten.

Die Halsschleife * ist der Bereich des Schmelzorgans im sich entwickelnden Zahn, in dem sich das äußere und das innere Schmelzepithel verbinden.

Die resultierenden DESCs wurden mit primären Mammarepithelzellen (MECs) gemischt und in nicht-epitheliale Fettpolster der Brustdrüse von Mäusen eingebracht, die mit dem RAG1-Gen (Rekombinationsaktivierungsgen) immungeschwächt waren.

Aus diesen beiden Zellpopulationen erhaltene Zelllinien wurden durch Expression von GFP für DESC und Lentivirus-induzierte Expression des fluoreszierenden Proteins DsRed für MEC bestimmt.

Als Kontrollgruppe wurden Mäuse verwendet, denen nur MEC-Zellen injiziert wurden.

8 Wochen nach der Transplantation ( 1C - 1I ) und 16,5 Schwangerschaftstage ( 1J und 1K ) bildeten DESC- und MEC-Brustzellen chimäre Duktusstrukturen, die aus GFP-positiven Zellen bestanden, die von DESC- und DsRed-positiven MEC-Zellen in den Brustdrüsen stammten.

Dann beschlossen die Wissenschaftler, eine detailliertere Analyse der Verteilung von transplantiertem DESC in sich entwickelnden chimären Gängen durchzuführen. Hierzu wurde eine doppelte Immunfluoreszenzfärbung für GFP und Keratin 14 (Krt14) durchgeführt, die Marker für Basal- / Myoepithelzellen in der adulten Brustdrüse sind.


Bild Nr. 2

GFP-positive Zellen wurden sowohl in Krt14-positiven myoepithelialen * als auch in Krt14-negativen luminalen * Kompartimenten * ( 2C - 2K ) beobachtet.

Myoepithelzellen * - Express-Proteine, die für ektodermales Epithel und glatte Muskelzellen charakteristisch sind. Dieser Zelltyp umgibt die Sekretionsabschnitte und Ausscheidungswege der Brust-, Speichel-, Tränen- und Schweißdrüsen.

Luminalzellen * - zeichnen die apikale (apikale) Oberfläche des normalen Milchganges aus und haben sekretorische Eigenschaften. Die meisten Arten von Brustkrebs entstehen aus Luminalzellen.

Das Kompartiment * ist der Raum innerhalb der Zelle, der von einer Membran umgeben ist und mit der Leistung einer bestimmten Zellfunktion verbunden ist.

Von allen Epithelkompartimenten der chimären Gänge der Brustdrüse stammten etwa 20% der Zellen vom DESC ab. Wissenschaftler erinnern uns daran, dass das Lumenepithel der Brustdrüse eine sehr komplexe Struktur aus verschiedenen Zellpopulationen darstellt, die in zwei Gruppen eingeteilt werden kann: duktal und alveolar.

Duktale Zellen säumen die epithelialen Gänge. Unter diesen Zellen gibt es solche, die alpha-Östrogenrezeptoren exprimieren. Sie sind für die Aktivierung der parakrinen Signalübertragung (in Bezug auf die Verbindung von Zellen in einem bestimmten Organ) verantwortlich, die zur Verlängerung des Epithels der Brustdrüse erforderlich ist, wenn sie Östrogenen der Pubertät ausgesetzt sind.

Alveolarzellen sind wiederum die Grundlage für milchsekretierende Alveolarprozesse, die während der späten Schwangerschaft auftreten.

Doppelte Immunfluoreszenz für GFP (grün fluoreszierendes Protein) und ER (Östrogenrezeptor) in chimärem Epithel zeigte, dass GFP-positive Zellen sowohl ER-positive als auch ER-negative Luminalzellen ( 2L - 2N ) produzieren können.

Die Fähigkeit von GFP-positiven Zellen, die Bildung von Luminalzellen zu induzieren, wurde weiterhin durch doppelte Immunfluoreszenzfärbung für GFP und Keratin 8 bestätigt.

Eine der wichtigsten Beobachtungen während der Immunfluoreszenz und der immunhistochemischen Analyse war, dass GFP-positive DESC-Zellen in den voll funktionsfähigen Phänotyp β- Casein * -positive Alveolarzellen transformiert werden können, die Milch produzieren ( 2O - 2R ).

Kasein * ist eines der Hauptproteine ​​in der Milch (40% in der Muttermilch).

In der nächsten Phase der Studie beschlossen die Wissenschaftler zu prüfen, wie flexibel DESC-Zellen sind und ob sie in der Lage sind, die Regeneration der Gänge in Abwesenheit von Brustepithel umzuprogrammieren.

Hierzu wurde eine Laboranalyse nach der Methode der Zelltransplantation durchgeführt, jedoch ohne die Verwendung von Brustepithelzellen, wenn DESC direkt in die Fettschicht injiziert wurde ( 3A ).


Bild Nr. 3

Die Fluoreszenzanalyse der gesamten Struktur (ohne Dissektion) ergab die Bildung von GFP-exprimierenden kleinen verzweigten Epithelstrukturen ( 3B ). Immunfluoreszenz für GFP und detaillierte histologische Analyse zeigten, dass diese Formationen ausschließlich aus Zellen stammten, die aus DESC ( 3E ) stammten, und dass sie von dichtem faserigem (Bindegewebe) ( 3C und 3D ) umgeben waren.

Die Morphologie der Zellen, aus denen die rudimentären Gänge bestehen, war sehr unterschiedlich: von abgeflacht bis säulenförmig ( 3D ). Für eine detailliertere Analyse dieser Formationen wurde die Verteilung von Krt14 und ER bewertet.

Die Immunfluoreszenzanalyse zeigte, dass diese Strukturen sowohl aus Krt8-exprimierenden Luminalzellen als auch aus Krt14-positiven Myoepithelzellen ( 3F und 3G ) bestehen. ER-exprimierende Zellen wurden auch im Epithel dieser Gänge gefunden, aber ihre Expression war signifikant geringer als in vollständig entwickelten chimären Brustepithelformationen ( 3H ).

Die Casein-Expression wurde auch in einigen Kanälen nachgewiesen, die von eingebettetem DESC ( 3I ) stammen. Dies legt nahe, dass die erhaltenen Zellen durchaus in der Lage sind, eine Differenzierung in Richtung milchproduzierender Alveolarzellen zu initiieren.

Eine noch interessantere Beobachtung war die Expression von Amelogenin, einem typischen Marker für die Differenzierung von Ameloblasten ( 3J ). Tatsache ist, dass diese Zellen zu den Produzenten der organischen Bestandteile des Zahnschmelzes gehören. Daher kann angenommen werden, dass es trotz der Änderung der Zellspezifikation zumindest einen Teil des Zellgedächtnisses gibt, der seinen Ursprung hat.

Leider wurden einige der erzeugten Strukturen in zystische Formationen ( 3K - 3M ) umgewandelt, die durch abgeflachte Epithelzellen charakterisiert sind, die eine Monoschicht bilden ( 3L und 3M ). In diesem Stadium der Studie traten in 80% der Fälle derartige zystische Formationen auf. Dieser Indikator nimmt jedoch im Verlauf der Verbesserung der Technik ab.


Bild Nr. 4

Während der Transplantation von DESC-Zellen wurde ziemlich oft die Bildung von dichtem faserigem Gewebe beobachtet. Fibrose wurde in einigen Brustfettpolstern gefunden, in denen MEC und DESC eingeführt wurden, sowie in allen Fettpolstern, in denen nur DESC eingeführt wurde ( 4A und 4B ). Das die Kanäle umgebende nicht-epitheliale Gewebe bestand aus einem sehr dichten Netzwerk von Kollagenfasern, wie durch trichrome Masson-Färbung * (4C und 4D) gezeigt wurde.

Massons trichrome Färbung * ist eine Methode in der Histologie, bei der verschiedene Gewebe in verschiedenen Farben gefärbt werden, wodurch ihre Anwesenheit / Abwesenheit, Prävalenz und Konzentration klar bestimmt werden kann.

Um den Ursprung von fibrösem Gewebe zu bestimmen, wurde eine doppelte Immunfluoreszenzfärbung für GFP (grün fluoreszierendes Protein) und SMA (Aktin der glatten Muskulatur) durchgeführt, die ein Marker für Myofibroblasten * sind, die mit fibrösem Gewebe assoziiert sind

Myofibroblast * ist ein Zelltyp, der gleichzeitig Fibroblasten und glatten Muskelzellen ähnelt. Im Falle einer Gewebeschädigung sind Fibroblasten an der Heilung beteiligt und straffen die Wunde.

Von DESC abgeleitete GFP-positive und SMA-positive Zellen wurden in den nicht-epithelialen Bestandteilen der Brustdrüse gefunden, d. H. Im fibrösen Gewebe, das die Gänge und Zysten umgibt ( 4E und 4F ).

Darüber hinaus wurde Fibronektin (extrazelluläres Matrixglykoprotein), der Hauptbestandteil von Bruststroma und fibrösem Gewebe ( 4G ), auch in den die Gänge und Zysten umgebenden Geweben nachgewiesen. GFP-positives und Fibronektin-positives Gewebe befanden sich ebenfalls um die Kanäle in fibrösem Gewebe ( 4H ).

Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, in den Bericht der Wissenschaftler zu schauen.

Nachwort

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Zahnepithelstammzellen bei der Regeneration der Milchdrüsengänge alle Linien von Brustepithelzellen bilden können. Dies zeigt ihre Plastizität und das Potenzial zur Differenzierung in mehreren Richtungen.

Eine noch wichtigere Entdeckung ist die Tatsache, dass derzeit nur DESC-Zellen in der Lage sind, eine brustspezifische Astmorphogenese in Abwesenheit eines Brustepithels zu initiieren. Mit einem so hohen Grad an Plastizität kann DESC zur Regeneration von Geweben verwendet werden, die nichts mit Zähnen zu tun haben.

Darüber hinaus wurden in dieser Arbeit neue Methoden zum Umgang mit den Folgen einer radikalen Behandlung von Brustkrebs aufgezeigt. Natürlich konzentrieren sich viele Wissenschaftler jetzt darauf, Behandlungen für Krebs selbst zu finden. Obwohl diese wundersamen Methoden nicht implementiert wurden, verdient die Schaffung einer Technik, die die Regeneration von durch chirurgische Eingriffe verlorenem Gewebe ermöglicht, besondere Aufmerksamkeit.



Brustkrebs ist wie jede andere Art der Onkologie eine schreckliche Krankheit, die sowohl die körperliche als auch die geistige Gesundheit eines Menschen zerstört. Und während Ärzte behandeln und Wissenschaftler nach neuen Instrumenten suchen, um die Krankheit zu bekämpfen, sollten Angehörige und Freunde von Patienten, die an dieser Krankheit leiden, ihnen ihre Liebe, Fürsorge und Unterstützung geben. Ja, freundliche Worte werden nicht in der Lage sein, Krebszellen zu zerstören, aber sie können Trauer, Trauer, ein Gefühl der Hoffnungslosigkeit zerstreuen und Vertrauen in die Zukunft und Vertrauen in die Genesung schenken. Und der Glaube an die Genesung ist der erste Schritt, um dies zu erreichen.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig, lieben Sie Ihre Lieben und haben Sie eine gute Arbeitswoche, Jungs. :)

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