Ученые превратили фибробласты кожи человека в клетки крови
13.11.2010
2255
0
22550
Ученые получили клетки-предшественницы клеток крови из фибробластов человеческой кожи, минуя этап промежуточного превращения (репрограммирования) фибробластов в стволовые клетки. Результаты нового исследования, опубликованные в журнале Nature [1], продолжают серию исследований, выполненных на фибробластах кожи мышей. Ранее ученые при культивировании в особых условиях превратили фибробласты кожи мыши в нейроны [2] и кардиомиоциты [3]. В новом исследовании впервые выполнено перепрограммирование клеток человека и впервые получены клетки-предшественницы клеток крови.
Разработка методов, позволяющих «превратить» зрелые клетки взрослого организма в клетки других типов, является перспективным направлением клеточной биологии. Ученые надеются, что применение при клеточной терапии перепрограммированных в лабораторных условиях клеток позволит, с одной стороны, обойти этические вопросы использования стволовых клеток, а с другой - разрешит проблему совместимости трансплантируемых тканей.
Наиболее распространенный метод, позволяющий превратить клетки одного вида в клетки другого вида, состоит из двух этапов. На первом этапе клетки различных тканей, обычно фибробласты кожи, превращают в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells или iPS клетки). На втором этапе уже из iPS-клеток получают нужный тип клеток с помощью методов генной инженерии, позволяющих «перепрограммировать» клетки. Для этого в исходные клетки с помощью вирусного вектора вводят гены различных транскрипционных факторов, таких, например, как Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc и Nanog. Исследования показали, что превращение клетки одного типа в клетку другого типа может быть вызвано временной экспрессией введенных генов без их встраивания в геном.
Исследователь стволовых клеток Микки Бхатья (Mickie Bhatia) и его коллеги из Университета МакМастера (McMaster University, Канада) получили клетки-предшественницы клеток крови из фибробластов человеческой кожи. Ученые решили получить именно этот тип клеток потому, что обычно эритроциты, образующиеся при дифференцировке стволовых клеток в лабораторных условиях, не способны к продукции гемоглобина взрослого человека.
«Стволовые клетки как будто считают себя эмбриональными клетками, поэтому образуют фетальный гемоглобин», - поясняет руководитель работы.
Группа ученых под руководством Микки Бхатья сначала получила культуру фибробластов, выделенных из кожи нескольких добровольцев. Затем в клетки был введен вирусный вектор, несущий ген OCT4, являющийся одним из так называемых «факторов Яманака», необходимых для перепрограммирования фибробластов в индуцированные стволовые клетки. Продуктом гена OСТ4 является белок, играющий ключевую роль в самообновлении недифференцированных эмбриональных стволовых клеток. После этого клетки культивировались в специальной среде, содержащей стимулирующие кроветворение цитокины.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что фибробласты при превращении в стволовые кроветворные клетки не проходят стадию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток: на всех этапах исследования характер экспрессии генов в перепрограммируемых клетках и эмбриональных стволовых клетках различались. Кроме того, полученные учеными клетки не вызывали развитие опухолей у мышей, что считается характерной чертой индуцированных плюрипотентных клеток в отличие от эмбриональных стволовых клеток.
Полученные из фибробластов клетки дифференцировались в три типа нормально функционирующих клеток крови - в лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. Эритроциты, образовавшиеся из полученных учеными клеток, содержали гемоглобин взрослого человека.
«Последним этапом нашего исследования станет трансплантация перепрограммированных клеток человеку, но на данный момент это невозможно. Перед внедрением перепрограммированных клеток во врачебную практику предстоит выполнить большую работу и провести серию клинических исследований. Однако, по нашему мнению, полученные нами результаты – самые многообещающие в области заместительной терапии клетками крови», - считает Бхатья.
«Результаты нового исследования укрепляют веру ученых в то, что однажды можно будет превратить любую дифференцированную клетку в клетку нужного типа», - говорит директор Центра Регенеративной Медицины в Эдинбурге (MRC Centre for Regenerative Medicine), эмбриолог Ян Вилмут (Ian Wilmut), работающий над созданием клеток-предшественниц в своей лаборатории. – «В связи с тем, что клетки-предшественницы клеток крови не проходят стадию плюрипотентности, риск развития опухолей после трансплантации этих клеток больному намного меньше, чем в случае эмбриональных клеток. Однако у перепрограммированных клеток есть свои недостатки. Эти клетки в отличие от индуцированных стволовых клеток и эмбриональных стволовых клеток плохо размножаются в лабораторных условиях. Получение достаточного количества перепрограммированных клеток для таких целей как, например, тестирование лекарственных препаратов, может вызвать трудности».
«Несмотря на множество экспериментов, доказывающих, что перепрограммированные клетки крови не отличаются от клеток крови взрослого человека, еще слишком рано утверждать, что эти клетки окажут положительное терапевтическое действие на организм больного», - говорит
специалист в области биологии стволовых клеток из Детской Больницы Бостона в штате Массачусетс (Children's Hospital Boston) Джордж Дэли (George Daley).
Предполагается, что клетки крови, образующиеся в организме взрослого человека, и клетки, полученные методом прямого перепрограммирования, могут иметь эпигенетические модификации, т.е. модификации экспрессии генов без изменения генетической последовательности ДНК.
«Превращение клеток-предшественниц в специализированные клетки крови – очень сложный процесс. Превращение фибробласта в клетку крови в чашке Петри может привести к неожиданным последствиям. У каждого ученого есть предпочитаемый тип клеток. Из-за этого проводится много исследований, которые больше напоминают эксперименты алхимиков», - говорит Дэли.
Однако, несмотря на высказываемые сомнения, популярность метода прямого перепрограммирования клеток среди ученых растет. Группе исследователей из Института Сердечнососудистых Заболеваний Гладстоуна в Сан-Франциско (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease) под руководством биолога Дипака Шривастава (Deepak Srivastava) удалось получить кардиомиоциты из мышечных клеток мыши [3]. Шривастава утверждает, что применение перепрограммированных клеток является очень простым и перспективным методом клеточной терапии. Ученый надеется, что фибробласты, окружающие сердце, можно будет превратить в кардиомиоциты с помощью специального стента, содержащего факторы перепрограммирования клеток.
Литература:
1. Szabo, E. et al. Nature doi:10.1038/nature09591 (2010).
2. Vierbuchen, T. et al. Nature 463, 1035-1041 (2010).
3. Ieda, M. et al. Cell 142, 375-386 (2010).
По материалам:
NatureNews
Разработка методов, позволяющих «превратить» зрелые клетки взрослого организма в клетки других типов, является перспективным направлением клеточной биологии. Ученые надеются, что применение при клеточной терапии перепрограммированных в лабораторных условиях клеток позволит, с одной стороны, обойти этические вопросы использования стволовых клеток, а с другой - разрешит проблему совместимости трансплантируемых тканей.
Наиболее распространенный метод, позволяющий превратить клетки одного вида в клетки другого вида, состоит из двух этапов. На первом этапе клетки различных тканей, обычно фибробласты кожи, превращают в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells или iPS клетки). На втором этапе уже из iPS-клеток получают нужный тип клеток с помощью методов генной инженерии, позволяющих «перепрограммировать» клетки. Для этого в исходные клетки с помощью вирусного вектора вводят гены различных транскрипционных факторов, таких, например, как Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc и Nanog. Исследования показали, что превращение клетки одного типа в клетку другого типа может быть вызвано временной экспрессией введенных генов без их встраивания в геном.
Исследователь стволовых клеток Микки Бхатья (Mickie Bhatia) и его коллеги из Университета МакМастера (McMaster University, Канада) получили клетки-предшественницы клеток крови из фибробластов человеческой кожи. Ученые решили получить именно этот тип клеток потому, что обычно эритроциты, образующиеся при дифференцировке стволовых клеток в лабораторных условиях, не способны к продукции гемоглобина взрослого человека.
«Стволовые клетки как будто считают себя эмбриональными клетками, поэтому образуют фетальный гемоглобин», - поясняет руководитель работы.
Группа ученых под руководством Микки Бхатья сначала получила культуру фибробластов, выделенных из кожи нескольких добровольцев. Затем в клетки был введен вирусный вектор, несущий ген OCT4, являющийся одним из так называемых «факторов Яманака», необходимых для перепрограммирования фибробластов в индуцированные стволовые клетки. Продуктом гена OСТ4 является белок, играющий ключевую роль в самообновлении недифференцированных эмбриональных стволовых клеток. После этого клетки культивировались в специальной среде, содержащей стимулирующие кроветворение цитокины.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что фибробласты при превращении в стволовые кроветворные клетки не проходят стадию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток: на всех этапах исследования характер экспрессии генов в перепрограммируемых клетках и эмбриональных стволовых клетках различались. Кроме того, полученные учеными клетки не вызывали развитие опухолей у мышей, что считается характерной чертой индуцированных плюрипотентных клеток в отличие от эмбриональных стволовых клеток.
Полученные из фибробластов клетки дифференцировались в три типа нормально функционирующих клеток крови - в лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. Эритроциты, образовавшиеся из полученных учеными клеток, содержали гемоглобин взрослого человека.
«Последним этапом нашего исследования станет трансплантация перепрограммированных клеток человеку, но на данный момент это невозможно. Перед внедрением перепрограммированных клеток во врачебную практику предстоит выполнить большую работу и провести серию клинических исследований. Однако, по нашему мнению, полученные нами результаты – самые многообещающие в области заместительной терапии клетками крови», - считает Бхатья.
«Результаты нового исследования укрепляют веру ученых в то, что однажды можно будет превратить любую дифференцированную клетку в клетку нужного типа», - говорит директор Центра Регенеративной Медицины в Эдинбурге (MRC Centre for Regenerative Medicine), эмбриолог Ян Вилмут (Ian Wilmut), работающий над созданием клеток-предшественниц в своей лаборатории. – «В связи с тем, что клетки-предшественницы клеток крови не проходят стадию плюрипотентности, риск развития опухолей после трансплантации этих клеток больному намного меньше, чем в случае эмбриональных клеток. Однако у перепрограммированных клеток есть свои недостатки. Эти клетки в отличие от индуцированных стволовых клеток и эмбриональных стволовых клеток плохо размножаются в лабораторных условиях. Получение достаточного количества перепрограммированных клеток для таких целей как, например, тестирование лекарственных препаратов, может вызвать трудности».
«Несмотря на множество экспериментов, доказывающих, что перепрограммированные клетки крови не отличаются от клеток крови взрослого человека, еще слишком рано утверждать, что эти клетки окажут положительное терапевтическое действие на организм больного», - говорит
специалист в области биологии стволовых клеток из Детской Больницы Бостона в штате Массачусетс (Children's Hospital Boston) Джордж Дэли (George Daley).
Предполагается, что клетки крови, образующиеся в организме взрослого человека, и клетки, полученные методом прямого перепрограммирования, могут иметь эпигенетические модификации, т.е. модификации экспрессии генов без изменения генетической последовательности ДНК.
«Превращение клеток-предшественниц в специализированные клетки крови – очень сложный процесс. Превращение фибробласта в клетку крови в чашке Петри может привести к неожиданным последствиям. У каждого ученого есть предпочитаемый тип клеток. Из-за этого проводится много исследований, которые больше напоминают эксперименты алхимиков», - говорит Дэли.
Однако, несмотря на высказываемые сомнения, популярность метода прямого перепрограммирования клеток среди ученых растет. Группе исследователей из Института Сердечнососудистых Заболеваний Гладстоуна в Сан-Франциско (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease) под руководством биолога Дипака Шривастава (Deepak Srivastava) удалось получить кардиомиоциты из мышечных клеток мыши [3]. Шривастава утверждает, что применение перепрограммированных клеток является очень простым и перспективным методом клеточной терапии. Ученый надеется, что фибробласты, окружающие сердце, можно будет превратить в кардиомиоциты с помощью специального стента, содержащего факторы перепрограммирования клеток.
Литература:
1. Szabo, E. et al. Nature doi:10.1038/nature09591 (2010).
2. Vierbuchen, T. et al. Nature 463, 1035-1041 (2010).
3. Ieda, M. et al. Cell 142, 375-386 (2010).
По материалам:
NatureNews
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
