Авторы исследования, которое будет опубликовано в журнале Diabetes, заявили, что их методика может в конечном итоге привести к новым подходам к борьбе с ожирением, диабетом и другими нарушениями обмена веществ.Исследователи использовали специально подобранный гидрогель для создания «каркаса» и контроля имплантата, содержащего стволовые клетки, для формирования функциональной ткани, похожей на бурый жир. В то время как белый жир, связанный с ожирением, накапливает избыточную энергию, бурый жир служит генератором тепла, сжигая калории, выполняя свою работу.
«Что действительно впечатляет в этой системе, так это ее способность обеспечивать обильные запасы бурого жира для терапевтических целей», — сказал ведущий автор исследования Кевин Тарп, доктор философии. студентка кафедры диетологии и токсикологии. «Имплант сделан из стволовых клеток, содержащихся в белом жире, который может быть получен из ткани, полученной путем липосакции».Человеческие младенцы, которые еще не могут выделять тепло из-за дрожи, имеют большие запасы коричневого жира, так называемого, потому что он содержит большое количество более темных митохондрий. Когда-то считалось, что бурый жир с возрастом исчезает, но в последние годы эта ткань была обнаружена в шее, плечах и спинном мозге у взрослых.«В прямом и переносном смысле это горячая область исследований прямо сейчас», — сказал старший автор исследования Андреас Шталь, доцент кафедры диетологии и токсикологии. «Мы первыми имплантировали мышам искусственное депо бурого жира и показали, что он оказывает ожидаемое влияние на температуру тела и благотворное влияние на обмен веществ».
Исследования показали, что низкие температуры могут повысить активность бурого жира. Однако Шталь отметил, что воздействие холода часто приводит к увеличению потребления пищи, потенциально сводя на нет любые преимущества сжигания калорий от активности бурого жира.
Получите жир, а не холодВ нашем организме есть три основных типа жировой ткани. Существует классический белый жир, с которым многие из нас знакомы больше всего, и два вида жира, сжигающего энергию, которые используются для выработки тепла, а именно бурый жир, который образуется во время внутриутробного развития, и бежевый жир, который является коричневым. как жир, образовавшийся в белой жировой ткани после воздействия холода и других ситуаций.В этом эксперименте Калифорнийского университета в Беркли была изучена идея увеличения количества коричневато-бежевого жира без перепада температуры.
Шталь объединился с Кевином Хили, профессором биоинженерии Калифорнийского университета в Беркли, и докторантом Амитом Джа, чтобы разработать систему физических сигналов, управляющих дифференцировкой стволовых клеток.«Уже известно, что для ряда органов, включая сердце, внеклеточный матрикс, в котором находится клетка, обеспечивает сигналы, направляющие рост и развитие», — сказал Хили, который также работает в Департаменте материаловедения и инженерии. «Мы применили эту концепцию к стволовым клеткам, выделенным из белой жировой ткани».Исследователи заявили, что конкретный рецепт матрицы для преобразования стволовых клеток белого жира в бурый жир не был ясен, но они отметили, что предыдущие исследования предполагали, что жесткость окружающей среды была фактором. Стволовые клетки белого жира, помещенные в мягкую трехмерную среду, с небольшим сопротивлением при росте клетки, превратились в жир.
Когда окружающая среда была очень жесткой, стволовые клетки прорастали в кости.Инъекционный бурый жир снижает прибавку в весе, глюкозу
Исследователи создали плотно сплетенную трехмерную сетку в гидрогеле, содержащем воду, гиалуроновую кислоту и короткие белковые последовательности, связанные с ростом и функционированием бурого жира. Гиалуроновая кислота — это природный углевод, который делает воду более густой и гелеобразной.
Затем они взяли стволовые клетки белого жира у мышей, генетически модифицированных для экспрессии ферментов светлячков. Это сделало клетки люминесцентными, что позволило исследователям легче отслеживать их.Затем исследователи добавили клетки к гидрогелю и, прежде чем смесь загустела, ввели их под кожу генетически идентичных мышей.Гель полимеризуется после инъекции и завершает свою трансформацию в организме животного.
Исследователи наблюдали за светящимися клетками после инъекции, чтобы определить, насколько хорошо они остаются на месте, как долго они сохраняются в организме и являются ли они метаболически функциональными.Они заметили повышение внутренней температуры тела мышей при температуре окружающей среды 21 градус Цельсия и через 24 часа при холодной температуре 4 градуса Цельсия. В обоих случаях мыши с имплантированными клетками были на полградуса Цельсия теплее, чем контрольная группа мышей без инъекции.
Чем выше концентрация клеток, тем больше влияние на температуру.Исследователи также посадили подопытных мышей на диету с высоким содержанием жиров.
К концу трех недель мыши, которым вводили бежевый жир, набрали вдвое меньше веса и имели более низкие уровни глюкозы в крови и циркулирующих жирных кислот по сравнению с контрольными мышами.«Это технико-экономическое обоснование, но результаты были очень обнадеживающими», — сказал Шталь. «Это первый раз, когда была создана оптимизированная трехмерная среда для стимулирования роста коричневого жира. Учитывая негативные последствия ожирения для здоровья, следует продолжить исследования роли бурого жира, чтобы выяснить, будут ли эти результаты эффективными для людей. . "