Новое исследование откроет эмбриональным стволовым клеткам путь в клинику

Возможно, мечта ученых о том, чтобы создавать в лаборатории любые ткани человека, а затем трансплантировать их пациентам, скоро осуществится. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) под действием определенных химических факторов способны дать начало любым типам клеток человеческого организма. Процесс образования из ЭСК специализированных клеток называется дифференцировкой. Дифференцированные из ЭСК клетки нервной, мышечной и любой другой ткани можно использовать для восстановления тканей пациента, поврежденных в результате травмы или патологического процесса, однако применение ЭСК в клинике ограничивается одним очень важным фактором: единственная оставшаяся в культуре дифференцированных клеток эмбриональная клетка, попав в организм реципиента, начинает бесконтрольно делиться и дифференцироваться, в результате чего могут формироваться тератомы.

Исследователи из Стэндфордского Университета (Stanford University) разработали метод, с помощью которого из культуры дифференцированных клеток можно убрать все плюрипотентные, то есть способные давать начало всем типам специализированных клеток, ЭСК, исключив таким образом опасность образования опухоли при трансплантации клеток пациенту. Руководителем работы стал профессор Ирвинг Вайссман (Irving Weissman), один из ведущих специалистов в биологии ЭСК и директор Стэндфордского Института Биологии Стволовых Клеток и Регенеративной Медицины (Stanford Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine). «Будущее регенеративной медицины зависит от разработки методов удаления из культур трансплантируемых клеток плюрипотентных клеток, которые могут стать причиной развития опухолей, - пояснил Вайссман, - Для удаления из культур отдельных недифференцированных клеток мы использовали комбинацию специфических антител. Терапевтическая доза для трансплантации содержит десятки и сотни миллионов клеток, среди которых не должно остаться ни одной плюрипотентной клетки».

Исследователи уверены в том, что новая методика может использоваться также для удаления плюрипотентных клеток из культур, полученных при дифференцировке индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК).

Обычно используемые методики дифференцировки ЭСК и иПСК не дают 100%-ой гарантии того, что все клетки в культуре дифференцируются, а даже единственная плюрипотентная клетка, попав в организм реципиента, может привести к образованию тератомы. Обычно тератомы доброкачественны, однако они могут озлокачествляться и превращаться в крайне агрессивные опухоли – тератокарциномы.

Ирвингу Вайссману и его коллегам удалось разработать антитела, которые связываются только с плюрипотентными клетками. Аналогичные антитела существовали и раньше, однако все они недостаточно специфичны и с их помощью невозможно удалить из культуры все до единой плюрипотентные клетки.

Перебрав множество коммерчески доступных и разработанных в лаборатории Вайссмана антител, исследователи обнаружили единственное антитело, которое связывается с ранее не описанным молекулярным маркером плюрипотентных клеток – так называемым стадиеспецифическим эмбриональным антигеном-5, или SSEA-5 (от англ. stage-specific embryonic antigen-5), недавно описанным Вайссманом и его коллегами. Антитело anti-SSEA-5, разработанное исследователями, связывало именно недифференцированные стволовые клетки.

Когда ученые трансплантировали человеческие ЭСК, идентифицированные с помощью anti-SSEA-5, мышам, то во всех случаях (7 из 7) у животных было отмечено формирование тератом. При трансплантации очищенных с помощью anti-SSEA-5 культур дифференцированных клеток также наблюдалось формирование тератом, однако гораздо в меньшем количестве случаев (в 3-х из 11). Одновременное применение anti-SSEA-5 и еще двух коммерчески доступных антител, связывающихся с ЭСК, привело к более тщательному очищению культур от стволовых клеток, хотя в отдельных случаях культуры все же оставались тератогенными. Однако исследователи уверены, что можно будет подобрать такую комбинацию антител, которая позволит полностью очистить культуры, предназначенные для трансплантации, от плюрипотентных клеток, и технологии, основанные на использовании ЭСК и иПСК, наконец смогут быть внедрены в клиническую практику.

Антитело anti-SSEA-5 связывается со специфической молекулой, располагающейся на поверхности мембран ЭСК и иПСК и относящейся к классу так называемых гликанов, или, проще говоря, полисахаридов. Когда клетка дифференцируется, этот гликан модифицируется определенным образом, в результате чего антитело перестает его узнавать.

Исследование полисахаридов – очень активно развивающаяся область современной молекулярной биологии. Многие полисахариды наряду с белками являются специфическими маркерами различных клеточных типов, а также позволяют отличать стволовые клетки от специализированных.

В настоящее время исследователи из Стэндфордского Университета уже запатентовали новый протокол использования моноклональных антител для удаления потенциально тератогенных стволовых клеток из дифференцированных культур.

По материалам:
Stanford University Medical Center

Chad Tang, Andrew S Lee, Jens-Peter Volkmer, Debashis Sahoo, Divya Nag, Adriane R Mosley, Matthew A Inlay, Reza Ardehali, Shawn L Chavez, Renee Reijo Pera, Barry Behr, Joseph C Wu, Irving L Weissman, Micha Drukker. An antibody against SSEA-5 glycan on human pluripotent stem cells enables removal of teratoma-forming cells. Nature Biotechnology, 2011; DOI: 10.1038/nbt.1947