Используя новую технологию редактирования генов, исследователи изменили стволовые клетки мыши для борьбы с воспалением, вызванным артритом и другими хроническими заболеваниями. Такие стволовые клетки, известные как SMART-клетки (Stem cells Modified for Autonomous Regenerative Therapy – стволовые клетки, модифицированные для автономной регенеративной терапии), развиваются в хрящевые клетки, которые продуцируют биологический противовоспалительный препарат, который в идеале заменяет поражённый хрящ и одновременно защищает суставы и другие ткани от повреждений, вызываемых хроническим воспалением.
Эти клетки были разработаны в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе и больнице Шрайнерс для детей-Св. Луи в сотрудничестве с исследователями из Университета Дьюка и Cytex Therapeutics Inc. в Дареме, Северная Каролина. Первоначально исследователи работали с клетками кожи, взятыми из хвостов мышей, и преобразовывали эти клетки в стволовые. Затем, используя инструмент для редактирования гена CRISPR в клетках, выращенных в культуре, они удалили ключевой ген в воспалительном процессе и заменили его геном, который высвобождает биологический препарат, который борется с воспалением.
Исследование доступно онлайн с 27 апреля в журнале Stem Cell Reports.
«Наша цель — оформить перепрограммированные стволовые клетки в качестве вакцины для артрита, которая будет доставлять противовоспалительный препарат в поражённый сустав, но только тогда, когда это необходимо, — сообщает Фаршид Гилак, PhD, главный автор статьи и профессор Ортопедической хирургии в Вашингтонской университетской школе медицины, — Для этого нам нужно было создать "умную ячейку"».
Многие современные препараты, используемые для лечения артрита, атакуют стимулирующую воспаление молекулу, называемую фактором некроза опухолей альфа (TNF-альфа). Но проблема с этими препаратами заключается в том, что они действуют системно, а не нацелены на суставы. В результате, они влияют на иммунную систему по всему организму и могут вызывать побочные эффекты, такие как инфекции.
«Мы хотим использовать нашу технологию редактирования генов как способ доставки целевой терапии в ответ на локализованное воспаление в суставе, в отличие от нынешней лекарственной терапии, которая может влиять на воспалительную реакцию по всему телу, — говорит Гилак, также профессор биологии развития и биомедицинской инженерии и содиректор Центра регенеративной медицины Вашингтонского университета, — Если эта стратегия окажется успешной, разработанные клетки будут блокировать воспаление только при высвобождении воспалительных сигналов, например, при вспышке артрита в этом суставе».
В рамках исследования Гилак и его коллеги выращивали стволовые клетки мыши в пробирке, а затем использовали технологию CRISPR для замены критического медиатора воспаления ингибитором TNF-альфа.
«Используя инструменты из синтетической биологии, мы обнаружили, что мы можем перекодировать программу, которую используют стволовые клетки, чтобы управлять реакцией на воспаление», — говорит Джонатан Брунгер, PhD, первый автор статьи и докторант по клеточной и молекулярной фармакологии в Университете Калифорнии, Сан-Франциско.
В течение нескольких дней команда направляла модифицированные стволовые клетки по пути развития в хрящевые клетки и производства хрящевой ткани. Дальнейшие эксперименты команды показали, что сконструированный хрящ был защищен от воспаления.
«Мы захватили воспалительный путь для создания клеток, продуцирующих защитный препарат», — сказал Брунгер.
Исследователи также добавили в стволовые/хрящевые клетки гены, которые заставляют их загораться при ответе на воспаление, поэтому ученые легко могли определить, когда клетки активируются. Недавно команда Гилака начала тестирование сконструированных стволовых клеток в мышиных моделях ревматоидного артрита и других воспалительных заболеваний.
Если работа будет воспроизведена на животных, а затем перейдёт в клиническую терапию, то инженерные клетки или хрящ, выращенные из стволовых клеток, могли бы отвечать на воспаление, выпуская биологический препарат — ингибитор TNF-альфа, — который будет защищать синтетические клетки хряща, созданные командой Гилака, а также естественные клетки хряща в конкретных суставах.
«Когда эти клетки видят TNF-альфа, они быстро активируют терапию, которая уменьшает воспаление, — объяснил Гилак, — Мы полагаем, что эта стратегия может также работать и на другие системы, которые зависят от цикла обратной связи. Например, при диабете возможно создание стволовых клеток, которые будут воспринимать глюкозу и включать инсулин в ответ. Мы используем плюрипотентные стволовые клетки, поэтому мы можем превратить их в любой тип клеток, и с помощью CRISPR мы можем удалить или вставить гены, которые потенциально могут лечить многие типы расстройств».
С целью дальнейшего применения этого подхода Брунгер добавил: «Способность создавать живые ткани из «умных »стволовых клеток, которые точно реагируют на их среду, открывает захватывающие возможности для исследований в регенеративной медицине».