Из фибробластов в эндотелий

Ученые из Института Методических Исследований Хьюстона совместно с коллегами из Стэнфордского Университета (Stanford University, США) и Детской Больницы Цинциннати (Cincinnati Children's Hospital, США) продемонстрировали, что фибробласты – клетки соединительной ткани, участвующие в рубцевании регенерирующих тканей, – можно превратить в клетки эндотелия, выстилающие кровеносные сосуды. Новый метод позволит улучшить кровоснабжение регенерирующих тканей, а, значит, поступление в них кислорода и питательных веществ, что приведет к ускорению восстановления поврежденных тканей.

По словам доктора Джона Кука (John Cooke), руководителя Отделения Сердечно-Сосудистых Заболеваний при Институте Методических Исследований Хьюстона (Houston Methodist Research Institute Department of Cardiovascular Sciences Chair, США), одного из ведущих авторов нового исследования, ученые впервые смогли продемонстрировать транс-дифференцировку клеток в клетки терапевтического типа с помощью использования малых молекул и белков. По мнению ученого, однажды эти молекулы можно будет использовать для улучшения регенерации тканей при сердечно-сосудистых заболеваниях и иных повреждениях.

Другим исследовательским группам удалось получить эндотелиальные клетки с помощью частиц инфекционного вируса, специально сконструированного для доставки внутрь клетки фрагментов ДНК, воздействующих на гены. Эти фрагменты ДНК кодируют белки, называемые транскрипционными факторами, которые позволяют изменить паттерн генной экспрессии в направлении такового эндотелиальных клеток.

«Существует ряд трудностей при использовании вирусов для переноса генов в клетки. Этот подход к генной терапии является более сложным, и использование вирусных векторов ассоциировано с возможностью повреждения хромосом клеток пациентов. Мы считаем, что трансформирование клеток с помощью малых молекул станет более приемлемым и безопасным для клинической практики методом», – говорит Кук.

Новый метод, описанный Куком и соавторами, начинается с воздействия на фибробласты PIC (полиинозиновой:полицитидиловой кислотой) – небольшим синтетическим фрагментом двуцепочечной РНК, который присоединяется к рецептору TLR3 (toll-like receptor 3, Толл-подобный рецептор 3) хозяина. Это «обманывает клетку», заставляя ее реагировать таким образом, словно она была атакована вирусом. Результаты исследования Кука и соавторов, опубликованные в 2012 г. в журнале Cell, показали, что ответ фибробластов на вирусную атаку (в данном случае – на ложную вирусную атаку) является важнейшим этапом на пути изменения дальнейшей судьбы этих клеток. После воздействия PIC ученые наблюдали реорганизацию ядерного хроматина, позволяющую клетке начать экспрессию ранее заблокированных генов. Затем фибробласты обрабатывались фактором роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor, VEGF), который стимулировал превращение менее дифференцированных клеток в эндотелиальные клетки.

Результаты исследования Кука и соавторов показали, что около 2% фибробластов трансформировались в эндотелиальные клетки, что сравнимо с результатами, полученными другими исследовательскими группами при применении вирусов и генной терапии. По словам Кука, согласно предварительным данным, которые еще не были опубликованы, коэффициент трансформации при использовании метода, разработанного его научной командой, может составить 15%.

По мнению ученых, именно таким и должен быть коэффициент трансформации в данном случае. «Не нужно, чтобы все фибробласты прошли трансформацию, поскольку они выполняют несколько очень важных функций. Наш подход трансформирует некоторые из клеток рубца в клетки кровеносных сосудов, которые в дальнейшем обеспечат кровоток для улучшения заживления тканей», – говорит Кук.

Во второй части исследования ученые перенесли трансформированные человеческие клетки в организм иммунодефицитных мышей, страдавших недостаточным кровоснабжением нижних конечностей. Человеческие клетки кровеносных сосудов увеличили число сосудов в конечностях мышей, улучшив микроциркуляцию.

«Клетки спонтанно сформировали новые кровеносные сосуды, они самоорганизовались», – говорит Кук. По словам ученого, трансформированные клетки образовали капилляры in vivo, соединившиеся с существующими сосудами у животного, поскольку ученые наблюдали красные клетки крови мыши в сосудах, состоящих из человеческих клеток.

По мнению Кука, разработка способов, позволяющих воздействовать на взрослые клетки таким образом, чтобы они превратились в совершенно другой тип клеток, станет важнейшим этапом на пути создания методов регенеративной медицины.

«Вероятно, различные варианты подхода с использованием малых молекул можно применять для получения и других типов клеток, которые интересны специалистам с терапевтической точки зрения», – говорит Кук.

По мнению Кука, прежде чем начать клинические испытания нового метода, нужно провести больше исследований на моделях заболеваний на животных.

Фибробласты (верхний рисунок, ядра окрашены синим) стимулированы на превращение в клетки кровеносных сосудов с помощью применения малых молекул и белковой терапии. Доказательство трансформации продемонстрировано на нижнем рисунке: красная окраска клеток свидетельствует о наличии рецептора CD31, белка, синтезируемого только клетками кровеносных сосудов. В новой статье, опубликованной в журнале Circulation, ученые из Института Методических Исследований Хьюстона сообщают о том, что трансформированные клетки самоорганизовались в сосуды, улучшившие кровоснабжение поврежденных тканей. (фото: Jack Wong, Houston Methodist Research Institute)

По материалам Houston Methodist

Оригинальная статья:
N. Sayed, W. T. Wong, F. Ospino, S. Meng, J. Lee, A. Jha, P. Dexheimer, B. J. Aronow, J. P. Cooke. Transdifferentiation of Human Fibroblasts to Endothelial Cells: Role of Innate Immunity. Circulation, 2014; DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.007394