Кардиомиоциты из рубцовой ткани: работа продолжается

Трансформированные клетки рубцовой ткани сердца сокращаются, как кардиомиоциты

LifeSciencesToday по материалам Gladstone Institutes:
Gladstone Scientists Transform Non-Beating Human Cells into Heart-Muscle Cells
Research findings lay foundation for one day regenerating damaged heart muscle

Изображение клетки, близкой по своим характеристикам к кардиомиоциту, полученной методом прямого перепрограммирования из человеческого фибробласта; клетка окрашена маркером саркомера – сократительной единицы поперечнополосатых мышц (фото: Stem Cell Reports).

Сразу после инфаркта миокарда клетки наиболее пострадавшего участка сердечной мышцы перестают сокращаться. Они оказываются захороненными в рубцовой ткани. Но, найдя способ перепрограммировать класс клеток, образующих рубцовую ткань, в клетки близкие к кардиомиоцитам, ученые из Института Гладстона (Gladstone Institutes) продемонстрировали, что сегодняшняя наука может внести значительные изменения в эту безрадостную картину.

В прошлом году в лаборатории Дипака Шривастава (Deepak Srivastava), MD, фибробласты сердца, образующие рубцовую ткань, были перепрограммированы в сокращающиеся в организме живой мыши клетки сердечной мышцы. В последнем номере журнала Stem Cell Reports та же группа сообщает, что им удалось проделать то же самое с человеческими клетками в экспериментах in vitro (Fu et al., Direct Reprogramming of Human Fibroblasts toward a Cardiomyocyte-like State).

«Фибробласты составляют около 50% всех клеток сердца и, следовательно, представляют собой обширный пул клеток, которые в один прекрасный день могут быть использованы для перепрограммирования в клетки новой мышцы», – объясняет доктор Шривастава, профессор Калифорнийского университета, Сан-Франциско (University of California, San Francisco). «Полученные нами результаты служат доказательством концепции о том, что человеческие фибробласты можно успешно перепрограммировать в ритмически сокращающиеся клетки сердца».

В 2012 году в журнале Nature (In vivo reprogramming of murine cardiac fibroblasts into induced cardiomyocytes) профессор Шривастава и его группа сообщили, что фибробласты можно перепрограммировать в сокращающиеся клетки сердца путем введения всего трех генов, вместе известных как GMT, в постинфарктное сердце живой мыши. Они обоснованно предположили, что эти же три гена могут оказать такое же действие и на человеческие клетки. Но первые эксперименты на человеческих фибробластах из трех источников – фетальных клеток сердца, эмбриональных стволовых клеток и клеток кожи новорожденных – показали, что одной комбинации GMT недостаточно.

«Введение GMT в каждый из этих трех типов человеческих фибробластов ни к чему не привело – они не трансформировались. Поэтому мы вернулись к поиску дополнительных генов, способных помочь начать трансформацию», – рассказывает научный сотрудник Института Гладстона Цзи-дун Фу (Ji-dong Fu), PhD, первый автор статьи. «Мы сузили наш поиск до 16 потенциальных генов и, в надежде найти правильное решение, провели их скрининг, вместе с GMT».

Ученые начали с введения в человеческие фибробласты всех генов-кандидатов. Затем они систематически убирали по одному из них, чтобы узнать, какие необходимы для перепрограммирования и без каких можно обойтись. В конечном итоге удалось установить, что введения коктейля из пяти генов – 3-генного сочетания GMT плюс ESRRG и Mesp1 – было достаточно, чтобы перепрограммировать фибробласты в клетки, близкие к кардиомиоцитам. Кроме того, добавление еще двух генов – MYOCD и ZFPM2 – делало трансформацию еще более полной. Наконец, на ранних этапах перепрограммирования ученые инициировали химическую реакцию, известную как сигнальный путь TGF-ß, что позволило добиться еще большего успеха.

«В то время как почти все клетки в нашем исследовании демонстрировали, по крайней мере, частичную трансформацию, передавать электрические сигналы – ключевая характеристика сокращающихся клеток сердца – были способны около 20 процентов», – продолжает доктор Фу. «Очевидно, существуют барьеры, препятствующие более полной трансформации большинства клеток, которые еще предстоит определить. Например, эффективность может быть повышена путем трансформации фибробластов не в чашке Петри, а непосредственно в живом сердце, что мы уже наблюдали во время наших первых экспериментов на мышах».

В самых ближайших планах ученых – проверить коктейль из пяти генов на более крупных животных, таких как свинья. Однако они надеются, что, в конечном итоге, для замены этого коктейля удастся разработать комбинацию низкомолекулярных соединений – более безопасный и простой метод.

«Сердца более пяти миллионов выживших после инфаркта американцев больше не в состоянии сокращаться в полную силу, и наши результаты – наряду с недавно опубликованными результатами наших коллег – получены в переломный момент», – заключает доктор Шривастава. «Мы заложили прочную основу для разработки способа обратить это нарушение вспять – что ранее считалось невозможным – и перехода в будущем к кардинально новым методам лечения инфаркта миокарда».

3-D изображение клетки сердечной мышцы, полученной из фибробласта с помощью прямого перепрограммирования. Прямое перепрограммирование позволяет трансформировать клетку одного типа в клетку другого без предварительного ее возвращения в стволовое состояние.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
28.08.2013