У людей с астмой клетки, выстилающие дыхательные пути в легких, имеют необычную форму и «толкаются вокруг, как будто проводятся учения по противопожарной безопасности». Но, по данным исследования Гарвардской школы общественного здравоохранения Т. Х. Чань, неожиданное открытие предоставляет новые интригующие возможности для фундаментальных биологических исследований и терапевтических вмешательств по борьбе с астмой.

клетки астмы

Полученные результаты также могут иметь важные последствия для исследований в других областях — в частности, в области онкологии, где тот же вид клеток играет важную роль.

«До настоящего времени ученые думали, что эпителиальные клетки – которые выстилают не только дыхательные пути легких, но и основные полости организма и большинство органов – просто находятся там неподвижно, как плитка, лежащая на полу, или автомобили, застрявшие в пробке», — говорит Джеффри Фредберг, профессор биоинженерии и физиологии в Гарвардской школе Чань, один из старших автором исследования, результаты которого были опубликованы в августе 2015 года в журнале NatureMaterials. Но исследование показало, что при астме, все наоборот.

Физика биологии

Исследователи решили изучить в деталях форму и движение клеток из астматических дыхательных путей, поскольку, по словам профессора Фредберга, все больше доказательств показывают, что физические силы изменяют то, как клетки образуются, растут и ведут себя. Учитывая эти знания, – и тот факт, что никто не знает, что вызывает астму, которая поразила более 300 миллионов людей во всем мире, — имело смысл изучить форму и движение эпителиальных клеток, которые, как считают многие ученые, играют ключевую роль в этом заболевании.

клетки астмы

Ученые думали, что эпителиальные клетки находятся в неподвижном состоянии, как плитка. Новое Гарвардское исследование все изменило.

 

В исследовании участвовали ведущие авторы Джин-А Парк и ДжеХун Ким, ученые из отделения окружающей среды и здоровья, которые изучают астму, и Джеффри М. Дразен, пульмонолог и профессор в отделении, изучающий «механотрансдукцию» при астме – как сужение бронхов при астме может запускать клеточные изменения в эпителии. В исследовании также принимали участие математический физик Джеймс Батлер, старший преподаватель физиологии в отделения окружающей среды и здоровья, М. Лиза Мэннинг и Макс Би из Сиракузского университета, а также коллеги из Гарвардской школы Чань и других учреждений Гарварда.

Чтобы проанализировать движение клеток, исследователи сделали покадровые изображения эпителиальных клеток. Они также сделали видео, которое довольно живо показало различия между нормальными клетками и астматическими. Видео показывает, что нормальные клетки имеют почти пятиугольную форму и неподвижны – они вряд ли вообще двигаются; тогда как астматические клетки становятся в большей степени веретенообразными, постоянно двигаются и кружатся без помех.

Для анализа задействованных механических сил, исследователи разместили слои эпителиальных клеток – из нормальных дыхательных путей и астматических дыхательных путей – на мягкой поверхности геля, которая имитировала степень жесткости в легких. Движения клеток вызывали также движения геля. Эти движения геля позволило исследователям сделать вывод, что механические силы действуют среди клеток.

Дальнейшие шаги

Теперь, когда известно, что эпителиальные клетки в астматических дыхательных путях имеют необычную форму и не неподвижны, ученые должны выяснить, почему это случается – это астма вызывает подвижность клеток, или подвижность клеток вызывает астму,

«Это очень большой вопрос – выяснить, почему эта особая форма клеток и движения возникают, — сказал Джин-А Парк. – Мы знаем, что астма связана с генами, окружающей средой и взаимодействием между ними, но астма остается плохо понятной».

«Независимо от причины, улучшение знаний о том, как эти клетки становятся неподвижными и подвижными, является очень важным, — говорит профессор Фредберг, — поскольку эпителиальные клетки играют ведущую роль не только при астме, но и во всех процессах, связанных с ростом и движением клеток, включая развитие органов, заживление ран и, что очень важно, рак». Полученные данные открывают дверь новым возможностям по разработке препаратов для борьбы с астмой, а также другими заболеваниями.

«Попытка определить, как клетки ведут себя, как они производят силовое воздействие друг на друга, и как это изменяет то, что они делают – это важные вопросы, — сказал профессор Фредберг. – Исследователи со всего мира все больше и больше изучают эти вопросы. Это очень интересно».