Создана модель смертельного заболевания в чашке Петри

Большинство пациентов с наследственным заболеванием сердца под названием аритмогенная дисплазия правого желудочка/кардиомиопатия (АДПЖ/К) до 20-летнего возраста даже не подозревают о наличии у них заболевания. Незначительное количество симптомов АДПЖ/К в молодом возрасте затрудняет исследование особенностей его патогенеза и разработку терапии. Новый метод, позволяющий воспроизвести модель АДПЖ/К в лабораторных условиях, разработан под руководством лауреата Нобелевской премии 2012 г. Шиния Яманака (Shinya Yamanaka) и поможет создать новые и эффективные методы лечения пациентов, больных этим смертельным заболеванием. Применение инновационной технологии сделало возможным получение клеток сердечной мышцы человека из клеток его кожи. Однако большинство получаемых клеток сердца являются не зрелыми. Поэтому пока неизвестно, можно ли использовать клетки этого типа для воспроизведения заболевания, возникающего в период полового созревания человека.

В статье, недавно опубликованной в журнале Nature, ученые из Медицинского Исследовательского Института Сэнфорд-Бернхам (Sanford-Burnham Medical Research Institute, США) и Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University, США) впервые описывают способ моделирования заболевания «в чашке Петри». Предложенная модель АДПЖ/К основана на методе, ранее разработанном Яманака, а также инновационном методе, позволяющем вызвать раннее «созревание» клеток.

Для того, чтобы получить уникальные клетки пациента, больного АДПЖ/К, в лабораторных условиях, команда исследователей сначала получила образцы кожи пациентов с АДПЖ/К, содержащие несколько мутаций, ассоциированных с развитием заболевания. Затем они применили метод, предложенный Яманака – внесли в клеточную культуру молекулы, которые позволили вернуть клетки обратно в «стволовое состояние» (создать так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) (ИПСК). В дальнейшем ученые добились превращения ИПСК в неиссякаемый источник специфических клеток сердечной мышцы пациента. Эти клетки имели в большей степени эмбриональную природу, но в их генетическом аппарате сохранялись оригинальные мутации пациента.

Около года ученые безуспешно пытались выявить какие-либо признаки АДПЖ/К в сердечных мышечных клетках. Без наличия явных признаков АДПЖ/К во взрослом возрасте молодые специфичные клетки сердечной мышцы пациента были бесполезны для исследования заболевания или тестирования новых лекарственных препаратов.

В конце концов попытки, предпринятые учеными, увенчались успехом. Они обнаружили, что индуцировать у ИПСК признаки наличия АДПЖ/К (заболевания, возникающего в организме зрелого возраста) позволяет достижение клеткой «метаболической зрелости».

Добиться такого эффекта в клетках после долгих попыток ученым помогла искусственная гиперактивация белка под названием PPAR. Ранее ученые ассоциировали развитие АДПЖ/К с наличием ослабленных контактов между клетками сердечной мышцы, что наблюдается только у половины пациентов с АДПЖ/К. Но с помощью вновь разработанной модели ученые не только «скопировали» начало заболевания во взрослом организме в лабораторных условиях, но и обнаружили новые потенциальные мишени для лекарственных препаратов, предназначенных для лечения больных АДПЖ/К.

В новом исследовании ученые использовали клетки кожи пациентов, страдающих АДПЖ/К, чтобы получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые затем были трансформированы в специфические клетки сердечной мышцы больных АДПЖ/К (изображены на фотографии зеленым цветом). Полученные сердечные клетки представляют собой очень нужную специалистам модель, воспроизводящую «заболевание в чашке Петри», и могут быть использованы для исследования АДПЖ/К и тестирования новых методов лечения больных этим заболеванием. (фото: Sanford-Burnham Medical Research Institute)

По материалам Sanford-Burnham Medical Research Institute

Оригинальная статья:
Changsung Kim, Johnson Wong, Jianyan Wen, Shirong Wang, Cheng Wang, Sean Spiering, Natalia G. Kan, Sonia Forcales, Pier Lorenzo Puri, Teresa C. Leone, Joseph E. Marine, Hugh Calkins, Daniel P. Kelly, Daniel P. Judge, Huei-Sheng Vincent Chen. Studying arrhythmogenic right ventricular dysplasia with patient-specific iPSCs. Nature, 2013; DOI: 10.1038/nature11799