Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ им. Н.К. Кольцова РАН
Koltzov Institute of Developmental Biology of Russian Academy of Sciences

Лаборатория КЛЕТОЧНОЙ БИОЛОГИИ

Направления исследований

История

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., член-корр. РАН, А.В. Васильев, а в настоящее время ее возглавляет - д.б.н., член-корр. РАН, Е.А. Воротеляк.

Контакты

  • 119334, Москва, ул. Вавилова, 26
  • Тел. +7 (499)135 40 81
  • email: vorotelyak@idbras.ru

Морфогенез волосяного фолликула

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).

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)

Наши партнеры