Ученые разрабатывают упрощенный метод превращения клеток крови в клетки сердца

Ученые разрабатывают упрощенный метод превращения клеток крови в клетки сердца

Ученые из Университета Джонса Хопкинса разработали упрощенный, более дешевый и универсальный метод, который, по их словам, может использоваться учеными всего мира для безопасного превращения клеток крови в клетки сердца. Метод является безвирусным и создает сердечные клетки, которые могут сокращаться почти со 100-процентной эффективностью. «Мы позаимствовали этот рецепт из процесса приготовления обычного супа – мясного, овощного или мисо», — говорит доктор медицины Элиас Замбидис, профессор онкологии и педиатрии из Института клеточной инженерии Университета Джонса Хопкинса и Онкологического центра Киммеля.

По словам Замбидиса, «множество ученых прежде думали, что невирусный метод стимулирования клеток крови для их последующего преобразования в функциональные сердечные клетки является недостижимой мечтой, но мы нашли эффективный способ сделать это и хотели бы, чтобы другие ученые протестировали наш метод в своих лабораториях». Однако он предупреждает, что полученные клетки пока еще не готовы к тестированию на людях.

Для того чтобы взять стволовые клетки из одного источника (например, из крови) и дать им развиться в клетки другого типа (например, в сердечные клетки), ученые обычно используют вирусы, доставляющие к клеткам набор генов, которые заставляют их превращаться в стволовые клетки. Однако вирусы могут видоизменить гены и инициировать развитие злокачественных новообразований в преобразованных клетках. Чтобы доставить гены в клетки, не используя вирус, команда Замбидиса обратилась к помощи плазмид – кольцевых молекул ДНК, которые реплицируются (копируют себя) внутри клеток и, в конечном итоге, распадаются.

Дорогостоящий и постоянно меняющийся рецепт, состоящий из факторов роста, питательных веществ и условий, в которых стволовые клетки находятся во время их преобразования, добавляет сложности процессу перехода стволовых клеток в другие типы клеток. Рецепт этого «бульона» различается от лаборатории к лаборатории и от одной клеточной линии к другой.

В статье, опубликованной 8 апреля в журнале «Public Library of Science ONE», Замбидис с соавторами описал то, что он назвал «кропотливым двухлетним процессом», целью которого было упрощение рецепта и условий среды, в которой пребывают клетки, подвергающиеся преобразованию в сердечные клетки. Они обнаружили, что их рецепт сработал, по крайней мере, для 11 различных линий стволовых клеток, будучи равно применяемым как к спорным эмбриональным стволовым клеткам, так и к клеточным линиям, полученным из взрослых стволовых клеток крови – главного объекта научного интереса группы Замбидиса.

Начало этому процессу положил доктор Пол Барридж, научный сотрудник Университета Джонса Хопкинса, который изучил примерно 30 научных работ о методах создания сердечных клеток. Он вывел схемы 48 различных переменных, используемых для создания сердечных клеток, в том числе буферных генов, ферментов, факторов роста, временных режимов и даже размера лунок в культуральных планшетах, в которых выращиваются клетки. Протестировав сотни комбинаций переменных, Барридж сузил свой выбор до четырех-девяти самых важных компонентов для каждой из трех стадий развития сердечных клеток.

Помимо упрощения, дополнительным преимуществом этого метода явилось сокращение затрат. Барридж использовал питательную среду, которая оказалась в десять раз дешевле стандартных сред для таких клеток (250 долларов за бутылку, срок хранения – примерно одна неделя).

Замбидис говорит, что хотел бы, чтобы другие ученые проверили этот метод на своих линиях стволовых клеток, но при этом отмечает, что питательный «бульон» все еще находится в стадии разработки. «Недавно мы оптимизировали условия для полного удаления эмбриональной бычьей сыворотки на одном из этапов процедуры, поскольку она производится из продуктов животного происхождения и может содержать нежелательные вирусы», — говорит он.

Свои эксперименты с новой питательной средой группа ученых из Университета Джонса Хопкинса начала со стволовых клеток пуповинной крови и плазмид, которых они использовали для пересадки семи генов в стволовые клетки. Они доставляли электрический импульс к клеткам, проделывая крошечные отверстия в поверхности, через которые плазмиды могли проникать внутрь. Попав внутрь, плазмиды запускают процесс возврата клеток к эмбриональному состоянию, после чего становится возможным их преобразование в различные типы клеток. На данном этапе эти клетки называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.

После этого Барридж помещал вновь образованные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в приготовленную по упрощенному рецепту питательную среду, которую исследователи назвали «универсальной системой сердечного дифференцирования». Рецепт питательной среды подбирался специально для процесса создания сердечных клеток из любой линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

На последнем этапе они выращивали клетки в контейнерах, в которых содержание кислорода было в четыре раза ниже обычных атмосферных уровней. «Идея состоит в том, чтобы воссоздать условия, в которых находится эмбрион, когда эти зародышевые клетки развиваются в различные типы клеток», — говорит Барридж. Кроме того, они добавили в культуру с клетками химикат под названием PVA, который действует как клей для клеток.

Девять дней спустя невирусные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки превратились в функциональные, пульсирующие сердечные клетки, каждая размером с острие иглы.

Барридж вручную рассчитал, как часто индуцированные плюрипотентные стволовые клетки образуют сердечные клетки в чашках Петри, разглядывая их в микроскоп и идентифицируя каждую пульсирующую группу клеток. В каждой из 11 проверенных клеточных линий каждая клеточная пластина содержала в среднем 94,5 процентов пульсирующих сердечных клеток. «Большинству ученых удавалось получить лишь 10 процентов эффективных клеток для линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, и то если повезет», — говорит Замбидис.

Также Замбидис и Барридж привлекли к своей работе экспертов в области биоинженерии из Университета Джонса Хопкинса, которые помогли им применить к клеткам миниверсию электрокардиографа, проверяющего то, как сердечные клетки используют кальций и пропускают электрические импульсы. Получившийся ритм продемонстрировал характерную пульсацию, наблюдаемую в нормальном человеческом сердце.

Безвирусные сердечные клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, можно использовать в лабораториях для тестирования медицинских препаратов от аритмии и других патологических состояний. Со временем биоинженеры смогут разработать клеточные трансплантаты, которые будут имплантироваться в пациентов, перенесших сердечный приступ.

Команда Замбидиса недавно разработала схожие методы преобразования линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из крови, в ретинальные (сетчаточные), нервные и сосудистые клетки.


Медицинские учреждения Университета Джонса Хопкинса

Источник: medicaldaily.com
Перевод:
Serdechno.ru