Миттєве загоєння ран і блискавичний розвиток ембріонів - ці картини з фантастичних фільмів можуть стати реальністю.
Численні дослідження, які зараз ведуть вчені, вже показали, що ключову роль при ембріональному розвитку і регенерації тканин відіграють біоелектричні сигнали, що генеруються за участю клітинної мембрани. Наприклад, на моделі загоєння рани рогівки було показано, що коливання мембранного потенціалу, що створюють в тканині електричні поля, регулюють міграцію клітин, їх поляризацію і частоту поділів, тобто відновлення пошкодженої тканини. Потенціал клітинної мембрани формується за участю наявних у ній іонних каналів. Іонні струми, як показують дослідження, мають величезне значення для ділення (диференціювання) клітин - міобластів, кардіоміоцитів, нейронів. При їх поділі і злитті потенціал мембрани змінюється від -10 до -70 мВ, тобто мембрана стає більш негативно зарядженою (гіперполяризується). Однак що тут слідство, а що причина: чи то електросигнали - наслідок клітинних змін, чи то навпаки, досі було незрозуміло.
Група дослідників з Університету Тафтса в Медфорді (Tufts University, Medford, Массачусетс, США) вивчили вплив зміни мембранного потенціалу на здатність клітин ММСК (мультипотентних мезенхімальних стромальних клітин) кісткового мозку людини до ділення. Спочатку вони досліджували, чи залежить зміна мембранного потенціалу клітин від стадії їхнього поділу. Щоб запустити ділення клітин, автори дослідження впливали на них хімічно, за допомогою двох речовин (дексаметазону та індометацину), і потім відстежували зміну яскравості забарвлення флуоресцентного барвника, що реагує на величину мембранного потенціалу (деполяризацію клітини). З'ясувалося, що флуоресценція в міру диференціювання клітини зменшується, тобто потенціал знижується і відбувається гіперполяризація клітинної мембрани. Відбувається це поступово - протягом другого, третього тижня, і досягає максимуму до четвертого тижня диференціювання клітин.
Далі дослідники перевірили, як впливатиме на ділення клітин штучне зменшення гіперполяризації мембрани клітини. Деполяризацію клітинної мембрани вони викликали, підвищивши концентрацію іонів калію в середовищі культивування клітин. Результат такого впливу оцінювали за появою маркерів - характерних генів, що виникають при диференціюванні досліджуваних клітин. Також клітинні колонії фарбували специфічним для певного виду клітин барвником. Виявилося, що деполяризація клітинної мембрани пригнічує ділення клітин, причому звернемо. При поверненні в стандартні умови стовбурові клітини кісткового мозку відновлювали свою здатність до ділення через три тижні. Мембранний потенціал при цьому повертався до вихідного рівня.
Тоді дослідники вирішили провести зворотний експеримент - збільшити гіперполяризацію клітинної мембрани. Для цього клітини піддали впливу відповідних речовин (пінацидилу і діазоксиду). Через сім діб оцінка ефективності диференціювання клітин показала, що експресія генів-маркерів підвищується в 2-4 рази! Причому з підвищенням концентрації речовин-поляризаторів збільшувалася і експресія маркерних генів.
Таким чином групі з Університету Тафтса в Медфорді вдалося довести, що зміна мембранного потенціалу в бік гіперполяризації передує диференціюванню клітин, і що з його допомогою можна збільшувати ефективність диференціювання ММСК під дією відповідних речовин.
Зараз дослідники займаються вивченням механізму впливу мембранного потенціалу на диференціювання клітин. Вони впевнені, що в майбутньому контроль потенціалу мембрани буде широко використовуватися для стимулювання диференціювання різних типів стовбурових клітин в потрібному напрямку.