Ученые получили ткань тимуса человека из стволовых клеток

Ученые из Калифорнийского Университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF, США) впервые получили из эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) функционирующую ткань тимуса человека. Результаты их исследования показали, что трансплантация этой ткани в организм мышей стимулирует образование белых клеток крови, которые обеспечивают адекватный иммунный ответ и предотвращают развитие опасных аутоиммунных реакций. Результаты исследования были опубликованы в интернет-издании журнала Cell Stem Cell.

Вилочковая железа или тимус – небольшая железа, расположенная в верхней части грудной клетки, сразу за грудиной, главный орган лимфопоэза. Особенностью тимуса является то, что после повреждения его ткани не способны к восстановлению, поэтому люди с нарушенной функцией вилочковой железы с раннего детства предрасположены к развитию инфекционных заболеваний.

Новым исследованием руководили врач-иммунолог Марк Андерсон (Mark Anderson) и специалист в области стволовых клеток, директор Центра Сахарного Диабета при UCSF (UCSF Diabetes Center, США), Маттиас Хеброк (Matthias Hebrok). Ученые использовали уникальную комбинацию ростовых факторов для направленной дифференцировки ЭСК и в конце концов «вывели формулу», позволяющую получить функционирующую ткань тимуса.

Полученные клетки тимуса ученые затем трансплантировали в организм мышей, где клетки способствовали пролиферации и созреванию функционирующих клеток иммунной системы. По словам ученых, результаты их исследования являются важным шагом в направлении создания новых терапевтических подходов, использующих трансплантацию стволовых клеток и органов, созданных на их основе. Кроме того, полученные данные могут быть использованы при разработке более эффективных методов лечения пациентов с сахарным диабетом 1 типа и другими аутоиммунными заболеваниями, а также больных иммунодефицитными состояниями.

Результаты экспериментов показали, что ученые смогли получить функционирующую ткань, обеспечивающую рост и развитие белых клеток крови, известных под названием Т-лимфоциты. Т-лимфоциты – главные клетки иммунной системы, реагирующие на внедрение в организм патогенов. Они также препятствуют развитию аутоиммунных реакций, при которых иммунная система начинает атаковать собственные ткани организма.

По мнению Андерсона, учитывая тот факт, что в настоящее время клеточная терапия является пока экспериментальной научной областью, первые операции по трансплантации полученных в лабораторных условиях тканей тимуса, вероятно, будут проведены пациентам со смертельными заболеваниями. Например, клеточная терапия на ранней стадии развития заболевания может быть проведена новорожденным с наследуемым генетически обусловленным синдромом Ди Джорджи. Новорожденные с синдромом Ди Джорджи рождаются без вилочковой железы и погибают в младенчестве.

Андерсон считает, что новый метод может оказать большое влияние на зарождающуюся область клеточной терапии, использующей в качестве метода лечения трансплантацию стволовых клеток. Сейчас использование методов лечения, основанных на применении стволовых клеток, ограничено из-за возможности отторжения трансплантированных клеток иммунной системой реципиента. Для успешного восстановления функциональной активности вилочкой железы трансплантируемые стволовые клетки необходимо одновременно дифференцировать в двух направлениях, чтобы они могли, с одной стороны, сформировать ткань тимуса, а с другой – заместить орган. По мнению Андерсона, одномоментная трансплантация двух тканей разрешит проблему отторжения и избавит от необходимости назначать пациентам тяжело переносимую иммуносупрессирующую терапию.

«Тимус создает микроокружение для созревания Т-лимфоцитов, здесь они «учатся» различать собственные ткани организма», – говорит Андерсон. Обучение лимфоцитов заключается в подготовке клеток на атаку внедряющихся в организм чужеродных агентов, включая трансплантированные клетки, органы и ткани. Т-лимфоциты, способные атаковать собственные клетки организма, сразу уничтожаются в тимусе.

Ткань вилочковой железы может быть однажды использована для «переподготовки» иммунной системы у больных аутоиммунными заболеваниями, при которых иммунная система атакует собственные ткани организма. Применение этого метода лечения повысит эффективность распознавания Т-лимфоцитами собственных клеток и защитит организм от иммунной деструкции.

Ученые открыли многие белки и факторы роста, активные при эмбриональном развитии и играющие важную роль в формировании органов. Маттиас Хеброк потратил десятки лет, пытаясь получить инсулин-секретирующие бета-клетки поджелудочной железы, одного из типов клеток поджелудочной железы, уничтожаемых иммунной системой у больных сахарным диабетом.

Хеброк сравнивает поиск способа получения специфических клеток органов, включая клетки тимуса и бета-клетки поджелудочной железы, с авантюрным приключением. Поджелудочная и вилочковая железы – производные желудочно-кишечного тракта и у них есть несколько схожих маркеров развития.

Ученые попробовали десятки протоколов, чтобы получить клетки тимуса, каждый раз в разное время «включая» ключевые факторы. «Если бы мы использовали один фактор днем раньше или позже, метод не сработал бы», – говорит Хеброк.

По словам ученых, они не смоли «идеально» воспроизвести тимус. Следуя протоколу, использованному в этом исследовании, только около 15% клеток смогли дифференцироваться в клетки ткани тимуса.

Несмотря на это, Андерсон считает, что исследовательская команда смогла получить инструмент, позволяющий инновационным способом воссоздать иммунную систему человека.

Маттиас Хеброк, специалист в области стволовых клеток, директор Центра Сахарного Диабета при Калифорнийском Университете в Сан-Франциско. (фото: Susan Merrell/UCSF)

По материалам University of California, San Francisco (UCSF)

Оригинальная статья:
Audrey V. Parent, Holger A. Russ, Imran S. Khan, Taylor N. LaFlam, Todd C. Metzger, Mark S. Anderson, Matthias Hebrok. Generation of Functional Thymic Epithelium from Human Embryonic Stem Cells that Supports Host T Cell Development. Cell Stem Cell, 2013; DOI: 10.1016/j.stem.2013.04.004