Клеточные культуры
Внеклеточный матрикс
Межклеточное пространство в тканях заполнено внеклеточным матриксом (extracellular matrix, ЕСМ), состав которого определяется типом клеток. Фиброциты секретируют в матрикс коллаген I типа и фибронектин; эпителиальные клетки продуцируют ламинин. Если контактирующие клетки относятся к различным типам, например на границе дермы (фиброциты) и эпидермального слоя (эпителиальные кератиноциты), оба клеточных типа вносят свой вклад в состав ЕСМ, часто образуя базальную пластинку. Состав ЕСМ является фактором, во многом определяющим фенотипические проявления клеток, прилегающих к нему, поэтому существует динамическое равновесие, при котором прилегающие к матриксу клетки контролируют состав ЕСМ, и, в свою очередь, состав ЕСМ регулирует фенотип этих клеток [Kleinman et al., 2003; Zoubiane et al., 2003; Fata et al., 2004]. В связи с этим для пролиферации мигрирующих фибробластов необходим иной ЕСМ, чем для дифференцирующихся эпителиальных клеток или нейронов. Культивируемые клеточные линии сами способны продуцировать компоненты ЕСМ, однако первичная культура и размножение некоторых специализированных клеток, а также индукция их дифференцировки могут потребовать специальных экзогенных продуктов в составе ЕСМ.
Внеклеточный матрикс может иметь в составе коллаген, ламинин, фибронектин, гиалуроновую кислоту, протеогликаны и связывать фактору роста и цитокины [Alberts et al., 1997, 2002].
Внеклеточный матрикс может быть изготовлен механическим смешиванием чистых компонентов, таких как коллаген и фибронектин. Для продукции ЕСМ используют клетки, продуцирующие ЕСМ, с последующей отмывкой клеток-продуцентов до начала посева исследуемых клеток. В культивировании часто используется преформированный матрикс, продуцированный культурой мышиной саркомы Ehgelberth-Holm-Swarm (ЕНС), коммерчески производимый как матригель (Matrigel). Матригель часто применяется для ускорения дифференцировки и морфогенеза в культуре, так как формирует решеткообразную сеть с эпителиальными и эндотелиальными клетками.
Рост клеток А549 на матригеле. Культуры клеток аденокарциномы А549, растущие на матригеле. (а) Фотосъемка при малом увеличении, формирование решетки через 24 ч после посева клеток в концентрации 1x105 кл./мл; (б) фотосъемка при большом увеличении через 3 дня после посева клеток в концентрации 1х105 кл./мл. Стрелка указывает возможные канальцевые образования (фото Jane Sinclair).
Во взаимодействии клеток с субстратом можно выделить, по крайней мере, два этапа: 1) адгезию, позволяющую осуществить прикрепление и распластывание клеток по субстрату, необходимые для начала клеточной пролиферации [Folkman &Moscona, 1978], и 2) специфические взаимодействия, напоминающие взаимодействие эпителиальной клетки с базальной мембраной, другими компонентами ЕСМ или клетками прилегающих тканей. Эти специфические взаимодействия необходимы для проявления некоторых специфических функций клеток. Rojkind [1980], Vlodavsky et al [1980] и другие исследователи изучали рост клеток на естественных субстратах, аналогичных базальной мембране. В настоящее время в коммерческом варианте доступны как естественные матрицы, так и стандартные матрицы с определенным набором макромолекул, такие как Matrigel, Natrigel, коллаген, ламинин и витронектин (B-D Biosciences, Invitrogen). Эти матрицы можно использовать для контролируемых исследований взаимодействия с матриксом.
Использование компонентов ЕСМ может быть чрезвычайно полезно для улучшения клеточного выживания, пролиферации, дифференцировки, однако, если не используются рекомбинантные молекулы [см. например, Ido et al., 2004], существует значительный риск внедрения случайных факторов из инициирующих животных. В настоящее время доступны коммерческие препараты, представляющие собой фрагменты фибронектина и ламинина.
См. также: