Разработан метод увеличения численности стволовых клеток крови

25.03.201343420

Ежегодно в мире проводится около 50 тыс. операций по трансплантации стволовых клеток костного мозга – процедуры, способствующей восстановлению нормальной работы кровеносной системы реципиентов. Главной проблемой, стоящей перед врачами, является получение достаточного количества стволовых клеток крови для успешного проведения трансплантации. Ученые из Медицинского Колледжа Уайлл Корнелл (Weill Cornell Medical College) смогли разрешить проблему, связанную с размножением взрослых гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) за пределами человеческого организма, создав искусственный белок, позволяющий увеличить численность взрослых ГСК после их получения из донорского костного мозга. Сконструированный белок сохраняет размноженные ГСК в стволовом состоянии: ГСК не дифференцируются в специализированный тип клеток крови до того момента, пока они не будут трансплантированы в костный мозг реципиента. Результаты исследования опубликованы в журнале Blood.

Найти подходящего донора для трансплантации костного мозга – сложная задача для медиков. Часто оказывается, что количества стволовых клеток, полученного во время одной процедуры забора из костного мозга донора, недостаточно для проведения трансплантации. Поэтому, чтобы получить дополнительное количество клеток костного мозга, процедуру забора неоднократно повторяют.

Разработка эффективного способа, позволяющего увеличить популяцию здоровых ГСК в лабораторных условиях, позволит снизить количество стволовых клеток, которое необходимо получить от донора. Также появится возможность замораживать взрослые стволовые клетки и хранить их в банке, а при возникновении необходимости – размораживать и использовать их, что невозможно в настоящее время.

«Результаты нашего исследования показали, что мы можем преодолеть главное техническое препятствие, мешающее увеличивать количество взрослых стволовых клеток в лабораторных условиях, впервые сделав возможным получение ГСК в промышленных масштабах», – говорит руководитель исследования доктор Пенгбо Джоу (Pengbo Zhou), профессор патологии и лабораторной медицины из Медицинского Колледжа Уайлл Корнелл.

По мнению доктора Джоу, если предложенный метод успешно пройдет тестирование, банки стволовых клеток могут занять место рядом с банками крови. «Мы сможем типировать клетки до их заморозки и помещения в банк, таким образом можно будет установить все их иммунные характеристики. Мы надеемся, что, когда пациент будет нуждаться в трансплантации костного мозга с целью лечения онкологического или иного заболевания, мы сможем найти подходящие для него клетки, размножить их и использовать в клинике», - говорит доктор Джоу.

По мнению доктора Джоу, при желании люди смогут поместить в банк собственные клетки костного мозга и при необходимости использовать их. «Применение аутологичных стволовых клеток крови является не только самым эффективным способом лечения многих типов рака крови – их также можно использовать и для других целей, например, чтобы замедлить процесс старения организма», - говорит он.

Замаскировать сигнал к разрушению

Костный мозг – «дом» ГСК, из которых образуются все типы клеток крови, включая клетки иммунной системы. Один из методов лечения пациентов с раком крови, в организме которых образуются дефектные клетки крови, заключается в удалении патологически измененного костного мозга и трансплантации здоровых донорских столовых клеток крови, которые должны занять «освободившееся» место. Кроме того, пациентам, страдающим некоторыми типами рака, проводится трансплантация костного мозга, если нормальная работа их костного мозга была нарушена химиотерапевтическими препаратами. Трансплантация костного мозга также может быть использована для лечения больных другими заболеваниями, например, заболеваниями, сопровождающимися иммунодефицитным состоянием.

Однако донорство костного мозга может быть изнурительной и болезненной процедурой, во время которой костный мозг извлекают иглой из кости под общим наркозом. Донор может несколько раз проходить одну и туже процедуру для того, чтобы реципиент получил нужное количество стволовых клеток.

Существующие проблемы при получении костного мозга послужили основанием для проведения нескольких исследований, направленных на создание эффективных методов увеличения численности получаемых ГСК. Главным объектом этих исследований стал транскрипционный фактор HOXB4, который стимулирует ГСК на воспроизведение собственных копий. «Чем больше белка HOXB4 в стволовых клетках, тем больше они будут самообновляться и увеличивать свою популяцию», - говорит доктор Джоу.

К сожалению, ранее предложенные методы размножения ГСК были трудно применимы на практике. ГСК известны невосприимчивостью к генной терапии. Использование вирусных векторов до сих пор остается самым эффективным методом доставки терапевтических генов в ГСК в лабораторных условиях. Ранее ученые использовали вирус в качестве вектора для доставки терапевтических генов пациентам с тяжелым комбинированным иммунодефицитным синдромом (ТКИС) с целью коррекции работы их иммунной системы. Однако у четверых детей, которым было проведено такое лечение, возникла лейкемия. Причиной этому послужила неспособность определить, в геном каких клеток внедряется вирус. Часто внедрение вируса происходит в так называемых «горячих точках» генома, активирующих онкогены и инактивирующих гены-супрессоры опухолевого роста.

Результаты исследований показали, что можно обойтись без генотерапии и непосредственно внедрить белок HOXB4 в извлеченные стволовые клетки костного мозга. «Для этого достаточно прикрепить к нему небольшой белок, играющий роль транспортного средства, который перенесет белки через цитоплазматическую мембрану непосредственно в клеточное ядро. Но период полужизни природного белка очень короткий и составляет около одного часа. Поэтому, чтобы увеличить популяцию стволовых клеток крови, необходимо постоянно добавлять в культуру белки HOXB4. Поскольку их стоимость достаточно высокая, этот процесс будет одновременно очень дорогим и непрактичным», – говорит Джоу.

Доктор Джоу и его научная группа совместно с исследовательской командой доктора Малькольма А.С. Мура (Malcolm A. S. Moore) из Memorial-Sloan Kettering Cancer Center (США) применили другой подход к решению проблемы. Они установили причину, по которой белок HOXB4 только в течение короткого периода времени воздействует на ГСК, как только клетки переносят из костного мозга. Оказалось, что, стволовые клетки начинают дифференцировку, когда белок HOXB4 разрушается, то есть получает сигнал к деградации. «Белок HOXB4 предотвращает начало дифференцировки стволовых клеток, позволяя им в то же время самообновляться», - говорит доктор Джоу.

Ученые обнаружили, что белок HOXB4 распознается особым белком CUL4, который затем и вызывает его деградацию.

Исследовательская команда сконструировала синтетический белок HOXB4 с замаскированным сигналом к деградации. Они получили большое количество белка у бактерии, а затем доставили белок в человеческие стволовые клетки в лаборатории. «Если замаскировать сигнал к деградации белка HOXB4, период его полужизни увеличивается практически до 10 часов. Сконструированный белок HOXB4 выполняет свою работу по увеличению количества стволовых клеток, и в то же время не влияет на другие свойства стволовых клеток. В результате способность к размножению клеток, на которых воздействовали сконструированным белком HOXB4, была выше, чем у клеток, на которых воздействовали естественным HOXB4. Результаты исследования на мышах показали, что при трансплантации в костный мозг животных сконструированные человеческие стволовые клетки сохраняют свои стволовые свойства», - говорит доктор Джоу.

По словам доктора Джоу, сконструированный белок HOXB4 можно вводить приблизительно каждые 10 часов, чтобы получить необходимое для трансплантации пациенту или помещения в банк для хранения количество стволовых клеток крови. «Это – наша окончательная цель, которую мы пытаемся достигнуть. Вероятно, потребуется преодолеть много препятствий, прежде чем конечная цель будет достигнута, но, похоже, мы нашли способ справиться с самой большой трудностью», - сказал доктор Джоу.

Центр Технологии и Коммерциализации Корнелл (Cornell Center for Technology Enterprise and Commercialization, CCTEC, США) от имени Медицинского Колледжа Уайлл Корнелл подал заявку на патент, закрепляющий правообладание на разработанную методику.

Новый лабораторный метод позволяет увеличить количество стволовых клеток крови, которые в будущем могут быть использованы при трансплантации костного мозга. (фото: Image courtesy of Weill Cornell Medical College)

По материалам Weill Cornell Medical College


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей