Колония нейронов, полученных из стволовых клетокпуповинной крови с использованием технологии перепрограммирования стволовых клеток. Зеленое и красное свечение означает, что эти клетки вырабатывают белковые маркеры нейронов – доказательство того, что клетки пуповинной крови действительно трансформировались в нейроны. Голубым светятся ядра нейронов. (Фото: Alessandra Giorgetti)
На протяжении более чем 20 лет врачи используют клетки крови, оставшейся после рождения ребенка в плаценте и пуповине, для лечения различных недугов – от рака и болезней крови до иммунных нарушений и метаболических заболеваний. С помощью одного транскрипционного фактора ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) трансформировали стволовые клетки пуповинной крови в клетки нейрональной линии. В будущем такие клетки могут быть использованы для лечения широкого спектра неврологических заболеваний – инсульта, черепно-мозговых травм и травм спинного мозга.
Своей работой ученые доказали, что стволовые клеткипуповинной крови, происходящие из мезодермы, среднего зародышевого листка, могут быть трансформированы в клетки эктодермы – внешнего слоя клеток, из которого развиваются нейроны и головной и спинной мозг.
«Это первый случай прямого перепрограммирования чистой популяции человеческих клеток пуповинной крови в клетки нейрональной линии за счет форсированной экспрессии одного фактора транскрипции», - комментирует свою работу Хуан Карлос Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), PhD, профессор лаборатории экспрессии генов Института Солка. Результаты исследования, проведенного им совместно с профессором лаборатории генетики Фредом Х. Гейджем (Fred H. Gage), PhD, и его группой, опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Хуан Карлос Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), PhD, профессор лаборатории экспрессии генов Института биологических исследований Солка. (Фото: elpais.com)
«В отличие от предыдущих исследований, в которых для трансформации клеток кожи в нейроны необходимо несколько факторов транскрипции, для нашего метода преобразования клеток пуповинной крови в функциональные нейроны требуется только один транскрипционный фактор», - объясняет профессор Гейдж.
Для встраивания в геном стволовых клеток пуповинной крови гена Sox2 – транскрипционного фактора, выступающего в роли переключателя их развития в нейрональном направлении – исследователи использовали ретровирус. При культивировании таких клеток в лаборатории были обнаружены колонии, экспрессирующие нейрональные маркеры. Новые клетки, названные индуцированными клетками нейронального типа (induced neuronal-like cells, iNCs), могли передавать электрические импульсы, что означало, что ученые получили зрелые функциональные нейроны. Кроме того, стволовые клетки пуповинной крови со встроенным в них геном Sox2, трансплантированные в головной мозг мышей, интегрировались в существующую нейронную сеть мозга животных и были способны передавать электрические сигналы, как зрелые функциональные нервные клетки.
«Кроме того, мы показали, что при определенных условиях полученные из стволовых клеток пуповинной крови нейрональные клетки можно размножить. При этом, как в лаборатории, так и в мозге мыши, они сохраняют способность дифференцироваться в более зрелые нейроны», - говорит соавтор статьи Мо Ли (Mo Li) из лаборатории профессора Бельмонте. «Хотя созданные нами клетки не принадлежат к какой-либо определенной линии, например, к моторным нейронам или нейронам среднего мозга, в будущем мы надеемся получить клинически значимые подтипы нервных клеток».
Фред Х. Гейдж (Fred H. Gage), PhD, профессор лаборатории генетики Института биологических исследований Солка. (Фото: iem.ucsd.edu)
Важно то, подчеркивает Кэрол Маркетто (Carol Marchetto), другой соавтор исследования, что «в будущем мы могли бы использовать эти клетки для моделирования неврологических заболеваний – аутизма, шизофрении, болезни Паркинсона или болезни Альцгеймера».
Стволовые клетки пуповинной крови имеют ряд преимуществ перед другими типами стволовых клеток. Прежде всего, это не эмбриональные стволовые клетки, и, следовательно, они не вызывают споров об этичности их использования. Они более пластичны, чем взрослые стволовые клетки из таких источников, как костный мозг, что облегчает их трансформацию в определенные клеточные линии. Сбор таких клеток безопасен и безболезнен и не представляет риска для донора; их можно хранить в банках крови для последующего использования.
«Введение нашего протокола в клиническую практику поможет будущему развитию заместительной клеточной терапии», - убежден Ли. «Для поиска подходящего варианта можно будет использовать все банки пуповинной крови страны».
Alessandra Giorgetti, Maria C. N. Marchetto, Mo Li, Diana Yu, Raffaella Fazzina, Yangling Mu, Antonio Adamo, Ida Paramonov, Julio Castaño Cardoso, Montserrat Barragan Monasterio, Cedric Bardy, Riccardo Cassiani-Ingoni, Guang-Hui Liu, Fred H. Gage, and Juan Carlos Izpisua Belmonte. Cord Blood-derived neuronal cells by ectopic expression of Sox2 and c-Myc