Регенерация сердца без использования стволовых клеток

Генерация кардиомиоцитов из других дифференцированных клеток может помочь миллионам пациентов, перенесшим инфаркт миокарда (фото: Istockphoto).

Путем «переключения» работы 3-х генов американским ученым удалось получить из фибробластов (клеток соединительной ткани) кардиомиоциты – специализированные клетки сердечной мышцы. Процедура проходила всего в 1 этап, без первоначального возвращения фибробластов в «эмбриональное» состояние, как это происходит при получении индуцированных плюрипотентных клеток. Результаты экспериментов недавно были опубликованы в авторитетном журнале Cell [1].

Если этот метод окажется применимым для человека, станет возможна генерация новой сердечной мышцы для пациентов, перенесших инфаркт миокарда. Эксперимент, проведенный учеными, также является последним примером процесса так называемой трансдифференцировки, посредством которого уже дифференцированные клетки организма изменяют свою специализацию (следует отметить, что не все исследователи признают саму возможность трансдифференцировки различных типов клеток).

Несмотря на то, что миллионы лабораторий по всему миру в настоящее время совершенствуют технологии, основанные на применении стволовых клеток, все большее число ученых стремится воздействовать на природу клетки, не возвращая ее в «стволовое» состояние. Такой метод позволил бы ученым избежать множества сложностей, связанных с терапией стволовыми клетками, включая риск образования опухолей, а также сложностей самого процесса дифференцировки.

«Я не буду утверждать, что этот метод полностью заменит использование стволовых клеток, - говорит руководитель исследования Дипак Шривастава (Deepak Srivastava), директор Глэдстонского Института Сердечнососудистых Заболеваний (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease) (США), - Однако он предложит альтернативную стратегию, которая могла бы решить многие проблемы, связанные с их использованием».

Эксперимент

Сердечная мышца не способна восстанавливаться после повреждения: со временем это приводит к ослаблению сердца и развитию инфаркта миокарда. В настоящее время только в США зарегистрировано 5 миллионов случаев инфаркта миокарда, однако ежегодно проводится лишь 2 тысячи операций по трансплантации сердечной мышцы.

Шривастава с коллегами ранее уже проводили эксперименты по использованию стволовых клеток для генерации клеток сердечной мышцы, но их попытки не увенчались успехом. Созданные учеными кардиомиоциты не достигали стадии окончательной дифференцировки: клетки были способны к ритмичным сокращениям под действием электрического импульса, но сила сокращения была недостаточной.

Ученые решили прибегнуть к другому методу. Они изучили гены, экспрессирующиеся в клетках сердечной мышцы, и выявили 3 специфических гена, необходимых для превращения структурных сердечных фибробластов в кардиомиоциты. Активировав эти 3 гена, ученым действительно удалось превратить сердечные фибробласты в кардиомиоциты. После имплантации полученных клеток в сердце мыши клетки нормально сокращались. В настоящее время исследовательская группа под руководством Шривастава проверяет, будет ли работать данный метод на человеке.

Сложности с определением

«Работа Шриваставы является важным шагом в этой сложной области», - говорит Джордж Дэйли (George Daley), клеточный биолог из Детского Госпиталя Бостона (Children's Hospital Boston) (США). Около 10 лет назад несколько исследовательских коллективов опубликовали работы, касающиеся способности мезенхимальных стромальных клеток костного мозга трансдифференцироваться в клетки различных тканей. Позже оказалось, что это был экспериментальный артефакт: вместо приобретения новой природы мезенхимальные клетки просто сливались с другими типами клеток (феномен т.н. «fusion»). После этого ученые стали избегать термина «трансдифференцировка».

Позже Мариус Верниг (Marius Wernig), клеточный биолог из Стэндфордского Университета (Stanford University) (США) опубликовал результаты своих исследований по «превращению» фибробластов в нейроны. Этот процесс был назван ученым «прямым превращением» [2].

В 2006г. Шинья Яманака (Shinya Yamanaka), клеточный биолог из Университета Киото (Kyoto University), (Япония) сообщил о том, что с помощью искусственного изменения работы 4-х генов ему удалось превратить фибробласты в новый тип стволовых клеток, названный плюрипотентными стволовыми клетками. Это открытие согласовывалось с данными Вернига и других исследователей, свидетельствующими о трансдифференцировке.

На сегодняшний день Мариус Верниг не решается окончательно отвергнуть стволовые клетки, считая, что еще слишком рано для применения метода «прямого превращения». По словам ученого, в некоторых случаях столовые клетки имеют несомненные преимущества благодаря своей способности к активной пролиферации (делению) В то же время, Дэйли считает, что необходимо дальнейшее изучение трансдифференцированных клеток.

Литература:
1. Ieda, M. et al. Cell, 142: 375-386 (2010).
2. Vierbuchen, T. et al. Nature, 463: 1035-1041 (2010).

По материалам:
NatureNews