Фото: hywards / 123RF
Исследователи из МФТИ, Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского и Национального медицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина сделали важный шаг в развитии регенеративной медицины. Ученые создали доступный и эффективный метод получения мышечных клеток сердца (кардиомиоцитов) из мезенхимальных стволовых клеток костного мозга. Технология параллельной дифференциации позволяет создавать персонализированные ткани без дорогостоящей генной инженерии и сложных коктейлей из химических веществ. Результаты работы опубликованы в научном журнале Biomedicines.
Регенеративная терапия позволяет заменить погибшие участки органов и тканей здоровыми клетками. Традиционно для моделирования сердечной ткани ученые используют индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые получают с помощью сложного и дорогостоящего «перепрограммирования» зрелых (соматических) клеток организма: например, обычных клеток кожи (фибробластов) или крови.
Российские специалисты предложили более доступную альтернативу — использование мезенхимальных стволовых клеток, которые обычно трансформируются в костную, хрящевую или жировую ткань. Ученые выделили стволовые клетки из небольших образцов красного костного мозга (массой всего 1–2 гр), взятых у пациентов во время операций на открытом сердце. Выделенные структуры поместили в специальную среду культивирования, где уже находились кардиомиоциты, выращенные по стандартному протоколу. В результате паракринного воздействия — влияния сигнальных молекул, выделяемых зрелыми клетками миокарда, — стволовые клетки костного мозга синхронизировали свою активность и начали превращаться в кардиомиоцитоподобные клетки. Они успешно приобрели важнейшие структурные и функциональные признаки сердечной ткани: электрическую активность, кальциевые колебания и поперечную исчерченность.
Специально для портала «Научная Россия» одна из авторов работы, инженер-исследователь лаборатории экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ Вероника Литвиненко подробно рассказала о преимуществах новой технологии и ее главном предназначении.
«Клеточная терапия — это крайне актуальное направление, поскольку стволовые клетки универсальны, очень хорошо делятся, обладают иммуномодулирующими свойствами и мультипотентностью. Их использование весьма перспективно в лечении сосудистых патологий. Но мы сталкиваемся с серьезным препятствием: из-за индивидуальных параметров и клинических особенностей такая терапия крайне вариабельна от пациента к пациенту, что вызывает сложности с дифференцировкой клеток. К сожалению, существующие протоколы не дают универсального решения. Наша работа отличается тем, что мы, моделируя микроокружение и добавляя специальную паракринную среду, изменяем стволовые клетки и получаем из них кардиомиоцитподобные клетки. <…> С помощью полученных нами клеток можно будет лечить, например, фиброз, образовавшийся после инфаркта миокарда. Во время инфаркта часть сердца перестает кровоснабжаться, сокращающиеся клетки отмирают, а на их место встают клетки соединительной ткани, образующие рубцы, — фибробласты. Образовавшийся фиброз не сокращается и не проводит волну возбуждения, из-за чего у человека начинаются проблемы с ритмом сердца, появляются аритмии и фибрилляции. Для решения этой проблемы мы предлагаем поместить разработанные клетки на место фиброза и превратить их в кардиомиоциты, которые будут сокращаться, чтобы сердце работало как новое».
Соответствие полученных клеток сердечной ткани исследователи подтвердили целым комплексом передовых методов: иммуногистохимическим окрашиванием, оптическим картированием и методом патч-кламп. Предложенный протокол полностью снимает проблему иммунного отторжения, поскольку новые клетки создаются на основе собственного биоматериала конкретного пациента, пояснила спикер.
Процесс внедрения метода в здравоохранение потребует длительного времени. На текущем этапе эффективность метода составляет до 15% — именно такая доля стволовых клеток в лабораторной культуре успешно превращается в сердечные. Однако научный коллектив МФТИ активно работает над увеличением этого показателя и сокращением времени дифференцировки. Параллельно ведутся разработки оптимальных способов доставки клеток непосредственно в пораженную область сердца. В ближайших планах биофизиков — проведение полномасштабных тестов на животных моделях, что в будущем откроет дорогу к клиническим испытаниям на людях и созданию индивидуальных моделей сердечных заболеваний.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото в материале: hywards / 123RF
