Три типа клеток сердца из клеток кожи

Ученые из Институтов Гладстона научились получать три типа клеток сердца – кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и клетки гладкой мускулатуры – из нового типа стволовых клеток сердца, созданного в лаборатории. (Фото: Yu Zhang)

Ученые из Институтов Гладстона (Gladstone Institutes) разработали метод получения нового типа клеток, занимающего промежуточное положение между эмбриональными стволовыми клетками и клетками сердца взрослого организма. Клетки этого типа могут стать ключом к лечению сердечной недостаточности. Induced expandable cardiovascular progenitor cells, (сокращенно ieCPCs) могут органично дифференцироваться в клетки сердца, сохраняя при этом способность к самовоспроизведению. Введение таких клеток мышам с моделью инфаркта миокарда значительно улучшает функцию сердца.

«Уже в течение десятилетий ученые пытаются лечить сердечную недостаточность методом трансплантации клеток сердца взрослого организма, но эти клетки не воспроизводятся и поэтому не выживают в поврежденном сердце», - объясняет Юй Чжан (Yu Zhang), MD, PhD, ведущий автор исследования. «Наши ieCPCs эффективно самовоспроизводятся и надежно дифференцируются в три типа клеток сердца, что делает их очень перспективным потенциальным методом лечения сердечной недостаточности».

Кардиоваскулярные клетки-предшественники (cardiovascular progenitor cells, CPCs) естественным путем образуются в период формирования сердца эмбриона и дают начало различным видам сердечных клеток. В данном исследовании, опубликованном в журнале Cell Stem Cell, ученым удалось создать CPCs в лаборатории. Чтобы выделить эту популяцию стволовых клеток сердца и задержать ее на стадии сердечных прогениторов, не давая дифференцироваться в полностью функциональные клетки сердца, были использованы фармацевтические препараты.

Основанные на стволовых клетках подходы к регенерации сердца являются все более и более эффективными стратегиями лечения сердечной недостаточности. Однако получение большого количества функциональных аутологичных клеток для трансплантации остается серьезной проблемой. Ученые из Институтов Гладстона выделили популяцию клеток с неограниченной способностью к пролиферации и потенциалом дифференциации, ограниченным клетками сердечно-сосудистой системы, при трансдифференцировке фибробластов мыши. Эти клетки – induced expandable cardiovascular progenitor cells (ieCPCs) – экстенсивно пролиферируют в более чем 18 пассажах в химически определенных условиях. Из 10⁵ исходных фибробластов удается получить 10¹⁶ ieCPCs. Они демонстрируют сигнатуры генов сердца и дифференцируются in vitro в функциональные кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и клетки гладкой мускулатуры. При трансплантации в сердце мышам с моделью инфаркта миокарда ieCPCs спонтанно дифференцируются в три вышеназванных типа сердечных клеток. Улучшение функции сердца наблюдается в течение 12 недель после трансплантации. (Рис. Cell Stem Cell)

Органоспецифические стволовые клетки особенные, так как могут как дифференцироваться в стволовые клетки взрослого организма, так и неопределенно долго самовоспроизводиться. В данном исследовании ieCPCs воспроизводились в геометрической прогрессии более десятка поколений, создавая достаточное количество клеток для лечения многих потенциальных пациентов. Этот тип самообновления особенно важен для лечения сердечной недостаточности, так как в результате инфаркта миокарда теряется более миллиарда клеток. Эффективное обновление клеток означает, что CPCs могут быть надежным способом замены этих поврежденных клеток. Кроме того, ieCPCs могут развиваться в любой из трех различных типов клеток сердца – кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и гладкомышечные клетки. При введении в сердце они спонтанно дифференцируются в эти клетки без каких-либо дополнительных сигналов.

Предыдущие попытки лечения сердечной недостаточности путем пересадки клеток взрослого сердца практически не удались, потому что новые клетки быстро отмирают и не самообновляются, а это означает, что их способность к репопуляции больного органа ограничена. Кроме того, для трансплантации, как правило, используются сердечные клетки только одного типа – кардиомиоциты, или способные к сокращению клетки сердечной мышцы, но для восстановления и нормального функционирования сердцу требуются все три типа клеток. Введение в сердце несердечных стволовых клеток также имело ограниченный успех в лечении сердечной недостаточности, так как эти клетки практически не дифференцируются в клетки сердца. Для дифференциации в этом направлении требуются сложные сигналы, отсутствующие во взрослом сердце. Кроме того, несердечные стволовые клетки повышают риск образования опухолей, так как многие из них дифференцируются не в клетки сердца, а в другие типы клеток. ieCPCs позволяют избежать этой проблемы, поскольку их судьба – стать клетками сердца – уже предопределена.

Руководитель исследования Шэн Дин (Sheng Ding), PhD. (Фото: sandiegouniontribune.com)

В текущем исследовании 90% введенных и сохранившихся в сердце мышей с моделью инфаркта миокарда ieCPCs успешно дифференцировались в функционирующие клетки сердца, сокращаясь вместе с существующими клетками и создавая новые кровеносные сосуды. Прогениторы ieCPCs значительно улучшили насосную функцию сердца, и эффект от их введения наблюдался в течение по крайней мере трех месяцев. Поскольку эти клетки получают из клеток кожи, открывается путь к персонализированной медицине с использованием собственных клеток пациента.

«Сердечные клетки-предшественники могут быть идеальным средством для регенерации сердца», - прокомментировал это достижение руководитель исследования Шэн Дин (Sheng Ding), PhD. «Они являются ближайшими предшественниками функциональных клеток сердца, и, в один шаг, могут быстро и эффективно становиться клетками сердца, как в чашке Петри, так и в живом сердце. Наша новая технология позволяет быстро получать миллиарды этих клеток в пробирке, а затем пересаживать их в поврежденное сердце для лечения сердечной недостаточности».

По материалам

New Method for Producing Heart Cells May Hold the Key to Treating Heart Failure

Оригинальная статья:

Yu Zhang, Nan Cao, Yu Huang, C. Ian Spencer, Ji-dong Fu, Chen Yu, Kai Liu, Baoming Nie, Tao Xu, Ke Li, Shaohua Xu, Benoit G. Bruneau, Deepak Srivastava, Sheng Ding. Expandable Cardiovascular Progenitor Cells Reprogrammed from Fibroblasts

© «Три типа клеток сердца из клеток кожи». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Стволовые клетки. Письменное разрешение обязательно.

Еще о работе профессора Дина

В одном шаге от Святого Грааля: принципиально новый метод перепрограммирования стволовых клеток

Новый метод получения нейральных стволовых клеток обещает революцию в регенеративной медицине

Прямое перепрограммирование фибробластов в нейроны – новая надежда на излечение нейродегенеративных заболеваний

Очередной успех доктора Дина: фибробласты перепрограммированы в инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы

Молекулярный коктейль трансформирует клетки кожи в сокращающиеся клетки сердца

Клетки кожи трансформированы в зрелые гепатоциты

Ученые воссоздают клетки, погибающие при травмах спинного мозга

Перепрограммирование без генной инженерии: доктор Дин и его коктейли