Клеточная терапия без клеток
Исследователи Колумбийского университета, работающие под руководством профессора Горданы Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic), разработали инновационную методику применения внеклеточных везикул, секретируемых кардиомиоцитами, полученными из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, для регенерации повреждений сердечной мышцы.
Заболевания сердца являются одной из самых важных проблем для здравоохранения и занимают первое место среди причин смертности во всем мире. Человеческое сердце не способно к самостоятельной регенерации повреждений, и гибель клеток сердечной мышцы – кардиомиоцитов – необратимо ослабляет сердце и ограничивает его способность к перекачиванию крови по организму.
На протяжении достаточно продолжительного времени исследователи активно работали над методами трансплантации стволовых клеток для замещения погибших кардиомиоцитов и восстановления сердечной функции, однако эксперименты продемонстрировали низкую выживаемость имплантируемых клеток и их неспособность дифференцироваться в кардиомиоциты. Предимплантационная дифференцировка стволовых клеток в кардиомиоциты обеспечивала улучшение сердечной функции, однако сопровождалась развитием осложнений: сокращение имплантированных клеток не синхронизировалось с сокращениями сердца, что приводило к потенциально летальным аритмиям.
Взяв за основу подтвержденную результатами множества клинических исследований гипотезу, согласно которой бОльшая часть имплантируемых стволовых клеток выводится из организма в течение нескольких часов после введения, но при этом оказывает положительный эффект за счет высвобождения регуляторных молекул, авторы предложили использовать для восстановления повреждений сердечной мускулатуры не сами кардиомиоциты, а секретируемые ими внеклеточные везикулы.
Практически все клетки организма секретируют и поглощают везикулы – мембранные пузырьки, наполненные различными молекулами, оказывающими влияние на поглощающие их клетки. По сути везикулы являются своего рода «посылками», которыми обмениваются между собой не только расположенные в непосредственной близости, но и удаленные друг от друга клетки. Секретируемые клетками везикулы легко выделяются из культивационной среды и в замороженном виде могут храниться на протяжении длительного времени.
Такой готовый «медицинский продукт» имеет целый ряд преимуществ перед препаратами из живых клеток:
- его можно использовать для оказания неотложной помощи, в отличие от живых клеток, для выделения и культивирования которых может потребоваться не один месяц;
- он не вызывает развития аритмии и
- механизм его внедрения в клиническую практику гораздо проще механизма внедрения методов клеточной терапии.
Для проверки своей гипотезы авторы получили кардиомиоциты из человеческих взрослых стволовых клеток и культивировали их достаточно долго для того, чтобы клетки секретировали большое количество внеклеточных везикул. Для сравнения они использовали везикулы, секретированные недифференцированными стволовыми клетками. Результаты, полученные с помощью метода секвенирования последнего поколения, показали, что только везикулы дифференцированных кардиомиоцитов содержали кардиогенные и васкулогенные (способствующие росту кровеносных сосудов) микроРНК, являющиеся мощными регуляторными молекулами.
Такие везикулы поместили внутрь коллагеновых капсул, обеспечивающих их медленное высвобождение на протяжении четырех недель, которые имплантировали в поврежденные участки сердца крысиной модели инфаркта миокарда. После этого исследователи провели мониторинг работы сердца животных, регистрируя показатели насосной функции сердца и любые аритмические проявления.
Полученные наблюдения показали, что, по сравнению с имплантацией живых клеток, введение внеклеточных везикул не только гораздо реже вызывало развитие аритмии, но и обеспечивало более эффективное восстановление сердечной функции. Фактически после 4-недельной терапии везикулами сердечная функция животных экспериментальной группы была сопоставима с сердечной функцией крыс группы контроля.
Восстановление сердечной мышцы после месяца терапии внеклеточными везикулами.
Иммунные метки: агглютинин (красный), тропонин (зеленый) и DAPI (голубой).
Gordana Vunjak-Novakovic/Columbia Engineering.
В ближайшем будущем авторы планируют изучить изменения свойств внеклеточных везикул по мере созревания кардиомиоцитов, получаемых из плюрипотентных стволовых клеток, и определить оптимальную для клинического применения степень их зрелости. Помимо этого они занимаются изучением специфичных механизмов, обеспечиваемых зарегистрированные при проведении исследования терапевтические эффекты.
Статья Bohao Liu et al. Cardiac recovery via extended cell-free delivery of extracellular vesicles secreted by cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Columbia University: New Cell Therapy Aids Heart Recovery—Without Implanting Cells.