Американским ученым удалось получить клетки сосудов и крови из фибробластов кожи, не превращая их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и управляя процессом с помощью единственного фактора транскрипции. Полученные клетки успешно применили для восстановления сердечной мышцы мышей после инфаркта. Результаты работы опубликованы в журнале Circulation.
Для получения различных типов клеток чаще всего используют индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Аналогично эмбриональным стволовым клеткам они могут дифференцироваться практически в любые клетки организма. Получают iPSC из зрелых клеток (чаще всего фибробластов), повышая в них экспрессию факторов транскрипции OCT-4, KLF4, SOX2 и c-MYC, известных как факторы Яманаки (по имени нобелевского лауреата, открывшего их роль в плюрипотентности и разработавшего технологию производства iPSC). Подобный путь получения клеток универсален, но занимает много времени и не отличается большой продуктивностью.
Чтобы упростить и ускорить процесс получения клеток эндотелия (внутренней оболочки) сосудов и кроветворных клеток, сотрудники Университетов Чикаго и Индианы индуцировали в человеческих фибробластах экспрессию факторов Яманаки, однако не доводили процесс их де-дифференцировки до стадии плюрипотентности, остановившись на этапе промежуточных прогениторных клеток. Такие клетки (CD34+) могут развиваться в кроветворные, эндотелиальные и некоторые другие клетки.
 |
| Фибробласты, прогениторные клетки, индуцированные эндотелиальные клетки и индуцированные эритробласты |
После этого ученые направили дифференцировку прогениторных клеток по эндотелиальному и кроветворному пути, используя соответствующие факторы роста, и наблюдали за экспрессией генов при формировании эндотелия (клеток CD31+). Выяснилось, что оно связано с повышением уровня фактора транскрипции SOX17, который играет ключевую роль в эмбриональном развитии сердечно-сосудистой и кроветворной систем.
Искусственно повысив экспрессию SOX17 в прогениторных клетках, исследователи увидели, что их дифференцировка в клетки сосудов усилилась почти в девять раз. Напротив, подавление экспрессии SOX17 снижало продукцию эндотелиальных клеток и стимулировало дифференцировку в эритробласты — клетки-предщественницы эритроцитов. Таким образом, управлять направлением дифференцировки прогениторных клеток удалось с помощью единственного фактора транскрипции.
Чтобы убедиться в физиологической полноценности полученных эндотелиальных клеток, ученые поместили их в гель и имплантировали мышам с подавленным для профилактики реакции отторжения иммунитетом. Клетки сформировали в организме животных полноценные сосуды.
После этого аналогичный гель с клетками поместили в место дефекта сердечной мышцы мышей, перенесших инфаркт миокарда. Человеческие эндотелиальные клетки не только сформировали новые сосуды, включившиеся в кровообращение, но и имплантировались в мышиные сосуды, укрепив их. Это значительно улучшило кровоснабжение сердца и его функции.
Кроме того, исследователи выявили интересную особенность полученных прогениторных клеток: в них был значительно повышен уровень теломеразы — фермента, продлевающего жизнь клетки. При дифференцировке в эндотелий это предохраняло новые сосуды от преждевременного старения.
Поскольку чрезмерная активация теломеразы происходит в раковых клетках, ученые провели мониторинг возможного злокачественного перерождения (формирования тератом) в имплантированных мышам тканях. Никаких признаков этого процесса не наблюдалось, однако до начала клинических испытаний безопасность методики необходимо перепроверить в течение длительного времени на крупных животных, отметил руководитель работы Джализ Рехман (Jalees Rehman).
Недавно ученые из США и Испании показали, что временное «включение» факторов Яманаки в организме мыши способно обратить признаки как преждевременного, так и физиологического старения и продлить жизнь животных.