Кардиомиоциты из фибробластов: смешать, но не взбалтывать
Молекулярный коктейль трансформирует клетки кожи в сокращающиеся клетки сердца
LifeSciencesToday по материалам Gladstone Institutes:
Gladstone Scientists Develop New Molecular “Cocktail” to Transform Skin Cells into Beating Heart Cells
Перепрограммирование клеток кожи в клетки, очень близкие к сокращающимся клеткам сердца, подтверждает, что регенеративная медицина превратила научную фантастику в научную реальность. Однако используемые для перепрограммирования методы сложны, а трансформация клеток часто является неполной. Но ученым из Института Гладстона (Gladstone Institutes) удалось разработать новый метод, позволяющий перепрограммировать клетки кожи в клетки, практически неотличимые от клеток сердечной мышцы, более эффективно и, что немаловажно, более полно. Результаты их исследования, проведенного на животных моделях и описанного в журнале Cell Reports (Haixia Wang et al., Small Molecules Enable Cardiac Reprogramming of Mouse Fibroblasts with a Single Factor), возвращают ученым оптимизм в поисках способа регенерации сердечной мышцы, погибающей в результате инфаркта миокарда.
Болезни сердца остаются ведущей причиной смерти во всем мире, но последние научные и медицинские достижения повышают шансы пациента на выживание после инфаркта миокарда. В одних только Соединенных Штатах инфаркт пережили около 1 миллиона человек, но теперь эти люди вынуждены жить с сердечной недостаточностью – хроническим заболеванием, при котором сердце, потеряв часть миокарда в результате инфаркта, не может сокращаться в полную силу. Поэтому ученые обратились к перепрограммированию клеток, видя в нем способ восстановления пораженной сердечной мышцы.
Перепрограммирование клеток кожи в клетки сердца, подход, впервые предложенный научным сотрудником Института Гладстона Дипаком Шривастава (Deepak Srivastava), MD, требует использования нескольких генетических факторов, стимулирующих процесс перепрограммирования. Тем не менее, ученые признают потенциальные проблемы с переводом стратегии, основанной на генах, в успешные терапевтические методы. Поэтому некоторые специалисты, в том числе старший научный сотрудник Института Гладстона Шэн Дин (Sheng Ding), PhD, обратились к несколько иному подходу.
«Ранее ученые доказали, что введение от четырех до семи генетических факторов может привести к прямому перепрограммированию клеток кожи в способные к сокращению клетки сердца», – объясняет старший автор статьи доктор Дин, профессор фармацевтической химии Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF). «Но в моей лаборатории мы стремимся выяснить, можно ли провести аналогичное преобразование, не полагаясь на этот вид генетических манипуляций или, по крайней мере, сократив количество генов».
С этой целью исследователи использовали клетки кожи взрослых мышей для выявления химических соединений, так называемых «малых молекул», которые могли бы заменить генетические факторы. Доктор Дин и его коллеги ранее уже использовали возможности малых молекул в перепрограммировании клеток кожи в нейроны и, совсем недавно, в инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы. Ученые резонно предположили, что аналогичный метод может быть использован и для клеток сердца.
«Протестировав различные комбинации малых молекул, мы сузили список до «коктейля» из четырех молекул, названного нами SPCF, который мог бы направить трансформацию клеток кожи в клетки, похожие на клетки сердца», – говорит постдокторант Института Гладстона Хайся Ван (Haixia Wang), PhD, ведущий автор статьи. «Эти вновь перепрограммированные клетки демонстрировали мышечные фибриллярные сокращения, обычно наблюдаемые в зрелых клетках сердца, но трансформация не была совсем полной».
Поэтому Дин и Ван решили добавить в низкомолекулярный коктейль один генетический фактор – Oct4. В результате исследователям удалось создать полностью перепрограммированные сокращающиеся сердечные клетки.
«Добавив в смесь Oct4, мы наблюдали кластеры сокращающихся клеток всего через 20 дней», – комментирует доктор Дин. «Стоит заметить, что дополнительный анализ показал, что эти клетки демонстрировали такие же паттерны активации генов и паттерны электрического сигналинга, которые обычно наблюдаются в желудочках сердца».
Как было недавно показано, фибробласты мыши можно перепрограммировать в клетки сердечной линии индукцией экспрессии нескольких факторов транскрипции и молекулами микроРНК. Для максимально эффективного применения такой стратегии перепрограммирования в клеточной терапии или in vivo регенерации сердца крайне желательно уменьшение количества или полная элиминация генетических манипуляций и использование низкомолекулярных соединений. Ученые из Института Гладстона разработали низкомолекулярный коктейль, с высокой эффективностью трансформирующий мышиные фибробласты в клетки сердца, содержащий только один фактор транскрипции (Oct4), без каких-либо признаков входа клеток в плюрипотентное состояние. Индуцированные низкомолекулярными соединениями кардиомиоциты спонтанно сокращаются и демонстрируют желудочковый фенотип. Кроме того, эти индуцированные кардиомиоциты проходят стадию сердечных предшественников. Исследование закладывает основу для будущих фармакологических подходов к перепрограммированию. (Рис. Cell Reports)
Профессор Дин и его коллеги считают, что их результаты представляют более желательный способ перепрограммирования, так как клетки желудочков сердца являются типом клеток, которые, как правило, гибнут в результате инфаркта миокарда. Эти данные дают ученым новую надежду, что это исследование откроет путь к полностью фармакологическому методу восстановления сердечной мышцы.
«Факт, что сочетание Oct4 и малых молекул, по-видимому, создает сокращающиеся клетки сердца ускоренным способом, обнадеживает», – говорит Джозеф Ву (Joseph Wu), MD, PhD, директор Стэнфордского института сердечно-сосудистых заболеваний (Stanford Cardiovascular Institute), не принимавший участия в данном исследовании. «Будущие достижения доктора Дина и других исследователей, скорее всего, будут связаны с повышением эффективности перепрограммирования, а также с воспроизведением полученных данных на взрослых человеческих клетках».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
27.02.2014