Стволовые клетки восстановили работу гипофиза
Ученые института онкологических исследований имени Слоана Кеттеринга, работающие под руководством профессора Лоренца Штудера (Lorenz Studer), создали из человеческих стволовых клеток функциональную ткань гипофиза. При трансплантации крысам с моделированным гипопитуитаризмом (недостаточностью функции гипофиза) – заболеванием, ассоциированным с низкорослостью и преждевременным старением, – выращенная в лаборатории ткань обеспечивала нормальное высвобождение гормонов.
Полученное с помощью иммунофлуоресцентного микроскопа изображение клеток гипофиза, полученных из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, через 30 дней после дифференцировки. Клетки окрашены по адренокортикотропному гормону (красный) и ядерной ДНК (голубой). Аналогичные клетки использовались для трансплантации крысам.
Гипофиз – это железа, локализирующаяся в головном мозге и являющаяся главным регулятором продукции гормонов в организме, высвобождающим гормоны, которым принадлежат ключевые роли во многих жизненно важных процессах. Причинами развития гипопитуитаризма могут быть опухоли, генетические дефекты, травмы головного мозга, иммунные и инфекционные заболевания, а также радиотерапия. Последствия нарушений функционирования гипофиза могут варьировать в широких пределах и принимают особенно тяжелые формы у детей, которые могут страдать от тяжелых нарушений способности к обучению, роста, формирования скелета, а также полового созревания и сексуальной функции.
В настоящее время пациенты с гипопитуитаризмом вынуждены на протяжении всей жизни получать дорогостоящую гормонозаместительную терапию, плохо воспроизводящую сложные схемы секреции гормонов в организме, флуктуирующие в зависимости от циркадианных ритмов и реагирующие на обратную связь от других органов. Напротив, клеточная заместительная терапия потенциально способна перманентно восстанавливать естественные закономерности секреции гормонов, исключая необходимость дорогостоящей пожизненной терапии.
Недавно исследователи разработали процедуру получения клеток гипофиза из человеческих плюрипотентных стволовых клеток путем создания органоидных культур, воспроизводящих трехмерную организацию развивающегося гипофиза. Однако этот неэффективный и сложный подход основан на плохо описанных клеточных сигналах, имеет низкую воспроизводимость, не может быть масштабирован и не подходит для производства пригодных для клинического применения клеток.
Предложенная авторами простая, эффективная и надежная стратегия позволяет преодолеть все эти ограничения. Вместо воспроизведения сложной трехмерной структуры развивающегося гипофиза новый подход основывается на точно хронометрированном воздействии на человеческие плюрипотентные клетки нескольких специфичных клеточных сигналов, играющих важные роли в эмбриональном развитии.
Воздействие этих белков запускает дифференцировку стволовых клеток в разные типы клеток гипофиза, высвобождающие гормоны, необходимые для роста и развития тканей (гормон роста), развития стресс-реакции (адренокортикотропный гормон) и репродуктивной функции (пролактин, фолликулостимулирующий гормон, лютеинизирующий гормон). Более того, полученные с помощью этого метода клетки высвобождали различное количество гормонов в ответ на известные химические сигналы обратной связи, генерируемые другими органами.
Для проверки терапевтического потенциала нового подхода авторы трансплантировали выращенные из стволовых клеток клетки гипофиза под кожу крыс с предварительно удаленными хирургическим путем гипофизами. В результате клеточные трансплантаты не только секретировали адренокортикотропный гормон, пролактин и фолликулостимулирующий гормон, но и запускали адекватные гормональные реакции со стороны почек.
Исследователям также удалось контролировать количественное соотношение различных типов гормонпродуцирующих клеток путем воздействия на плюрипотентные стволовые клетки различными соотношениями двух белков: фактора роста фибробластов-8 и костного морфогенетического белка-2. Это свидетельствует о возможности создания индивидуальных трансплантатов для пациентов с разными типами гипопитуитаризма.
В будущем авторы планируют усовершенствовать протокол с целью получения чистых популяций различных гормонпродуцирующих клеток, что позволит с высокой точностью формировать персонализированные трансплантаты. Они также планируют протестировать подход на более адекватных с клинической точки зрения животных моделях с повреждениями гипофиза, вызванными радиотерапией и вводить трансплантаты не под кожу, а непосредственно в гипофиз или окружающую его ткань. Эти исследования могут иметь важное значение для людей, перенесших онкологические заболевания, так как гипопитуитаризм является одной из основных причин снижения качества жизни после радиотерапии головного мозга.
Статья Bastian Zimmer et al. Derivation of Diverse Hormone-Releasing Pituitary Cells from Human Pluripotent Stem Cells опубликована в журнале Stem Cell Reports.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert!: Pituitary tissue grown from human stem cells releases hormones in rats.
15.06.2016