Усовершенствованный метод трансформации клеток кожи в сокращающиеся клетки сердца

Благодаря достижениям в области регенеративной медицины сюжеты фантастических романов превращаются в реальность: уже сейчас ученые могут превратить клетки кожи в клетки, очень похожие на сокращающиеся клетки сердца. Однако существующие методы клеточного превращения сложные, и с их использованием не все клетки проходят необходимую стадию трансформации. Ученые из Институтов Гладстоун (Gladstone Institutes, США) изобрели новый, более эффективный метод перепрограммирования клеток кожи, позволяющий полностью завершить стадию трансформации клеток и превратить их в клетки, которые практически не отличаются от клеток сердечной мышцы. Результаты их исследований, проведенных на лабораторных животных, и опубликованные в новом номере журнала Cell Reports, вселяют надежду на то, что скоро ученые разработают эффективный и доступный метод восстановления поврежденной сердечной ткани у пациентов, переживших инфаркт миокарда.

Заболевания сердца – ведущая причина смертности населения в мире, хотя в последние годы достижения в области науки и медицины повысили выживаемость пациентов после инфаркта. Только в США проживает около 1 млн. человек, переживших инфаркт и страдающих сердечной недостаточностью, хроническим заболеванием, при котором сердце, потерявшее мышечную ткань из-за заболевания, не может сокращаться с полной силой. Поэтому ученые стали исследовать возможность применения метода перепрограммирования клеток с целью восстановления поврежденной сердечной мышцы.

Перепрограммирование клеток кожи в клетки сердца – инновационный подход, впервые предложенный доктором Дипаком Шривастава (Deepak Srivastava) из Институтов Гладстоун. Предложенный ученым метод основан на внедрении в клетки нескольких генетических факторов с целью стимуляции процесса перепрограммирования клеток. Однако трансляция этого метода генной терапии в клинику с целью лечения пациентов ассоциирована с рядом сложностей, поэтому специалисты, включая Шенгa Дингa (Sheng Ding), старшего исследователя из Институтов Гладстоун, применили несколько другой подход для перепрограммирования клеток кожи в клетки сердца.

«Результаты предыдущих исследований показали, что внедрение от четырех до семи генетических факторов может привести к прямому перепрограммированию клеток кожи в сокращающиеся клетки сердца. Задачей сотрудников моей лаборатории было установить, можно ли вызвать аналогичную трансформацию клеток, если уменьшить или вообще не использовать генетическую манипуляцию», – говорит доктор Динг, профессор фармакологической химии из Калифорнийского Университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF, США).

Исследовательская команда использовала клетки кожи, полученные от взрослых мышей, для скрининга химических соединений, называемых «малыми молекулами» и способных заменить генетические факторы. В предыдущих исследованиях доктор Динг и его исследовательская команда использовали способность малых молекул перепрограммировать клетки кожи в нейроны и в клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин. По их мнению, аналогичный метод можно было использовать для превращения клеток кожи в клетки сердца.

После тестирования различных комбинаций малых молекул ученые сократили список кандидатов до четырех молекул, смесь которых была названа SPCF. Применение этой комбинации способствовало превращению клеток кожи в клетки сердца. Недавно перепрограммированные клетки проявляли признаки движения и сокращения, которые в норме наблюдаются у взрослых клеток сердца, но трансформация клеток кожи осуществлялась не до конца.

Именно поэтому ученые решили добавить в смесь из четырех малых молекул один генетический фактор – Oct4. Это позволило получить клетки, которые прошли стадию полной трансформации в сокращающиеся клетки сердца.

Уже через 20 дней после добавления фактора Oct4 в смесь малых молекул ученые смогли увидеть кластеры сокращающихся клеток. «Результаты дополнительных исследований показали, что эти клетки имеют аналогичные паттерны генетической активации и паттерны передачи электрических импульсов, что и здоровые клетки желудочков сердца», – говорит Динг.

По словам доктора Динга и его исследовательской команды, эти результаты могут свидетельствовать о том, что предложенный ими метод перепрограммирования является более эффективным, поскольку во время инфаркта миокарда происходит повреждение именно этого типа клеток. Полученные данные позволяют ученым надеяться на то, что они находятся на пути создания метода восстановления сердечной мышцы, полностью основанного на фармакологической продукции.

По мнению доктора Джозефа Ву (Joseph Wu), директора Стэнфордского Сердечно-Сосудистого Института (Stanford Cardiovascular Institute, США), не участвовавшего в этом исследовании, тот факт, что смесь малых молекул и фактора Oct4 позволяет получить сокращающиеся клетки сердца ускоренным способом, воодушевляет ученых. «Будущие исследования доктора Динга и других ученых, вероятно, будут сосредоточены на повышении эффективности трансформации клеток, а также повторении полученных результатов на клетках человека», – говорит Ву.

Эти сокращающиеся клетки сердца были перепрограммированы в клетки кожи с помощью смеси химических соединений и только одного генетического фактора (Oct4). (фото: Haixia Wang/Gladstone Institutes)

По материалам Gladstone Institutes

Оригинальная статья:
Haixia Wang, Nan Cao, C. Ian Spencer, Baoming Nie, Tianhua Ma, Tao Xu, Yu Zhang, Xiaojing Wang, Deepak Srivastava, Sheng Ding. Small Molecules Enable Cardiac Reprogramming of Mouse Fibroblasts with a Single Factor, Oct4. Cell Reports, February 2014 DOI: 10.1016/j.celrep.2014.01.038