Исследователи "отмотали назад" часы развития человеческих эмбриональных стволовых клеток
Ученые из Университета Джонса Хопкинса сообщили об успехе в использовании коктейля из химических сигнальных веществ, чтобы "отмотать назад" биологические часы человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), придав им ту же гибкость, которую исследователи ценят в мышиных ЭСК.
Способность вернуть стволовые клетки к более ранней стадии развития открывает новые возможности для направленного превращения человеческих стволовых клеток в любой тип клеток по требованию. Это может быть использовано для трансплантаций, моделирования генетических заболеваний и, в перспективе, для создания химерных животных, у которых можно будет выращивать человеческие органы.
В работе, опубликованной 29 ноября в журнале Development, исследователи описали свой так называемый коктейль 3i (названный так из-за трех химических ингибиторов). Он создал стволовые клетки со всеми признаками классических мышиных ЭСК: они легко растут, манипулируются и направленно дифференцируются в различные типы клеток — без генетической нестабильности, которая возникала при предыдущих попытках трансформировать человеческие стволовые клетки.
"Эти клетки — именно то, на что мы надеялись с момента получения первых человеческих ЭСК", — говорит Элиас Замбидис, доктор медицины и философии.
Первые человеческие ЭСК, выделенные в 1998 году, вели себя иначе, чем мышиные, полученные двумя десятилетиями ранее. Мышиные ЭСК легко росли в чашках Петри, могли генерировать почти любой тип клеток или ткани, легко подвергались генетическим манипуляциям и могли образовывать химеры. Человеческие же ЭСК было труднее культивировать, они могли создавать ограниченный набор тканей с большими усилиями, а генетические манипуляции были сложнее.
В 2007 году был открыт новый тип примитивных мышиных стволовых клеток — эпибластные стволовые клетки, которые вели себя как менее податливые обычные человеческие ЭСК. Это навело на мысль, что используемые человеческие ЭСК аналогичны этим менее гибким мышиным эпибластным клеткам, а аутентичные человеческие ЭСК с более полезными свойствами еще предстоит открыть.
Предыдущие попытки вернуть человеческие ЭСК в "основное состояние", аналогичное мышиным ЭСК, приводили к клеткам с нестабильными генетическими свойствами.
В новом исследовании Замбидис и его коллеги обрабатывали обычные ЭСК новыми комбинациями химических веществ, регулирующих известные сигнальные пути развития. В итоге они нашли смесь всего из трех соединений, ингибирующих сигнальные пути, которые играют ключевую роль при созревании ранних клеток в определенные типы клеток:
- Два соединения в коктейле 3i (ингибиторы сигнальных путей WNT и MEK/ERK) ранее использовались для поддержания примитивного состояния мышиных эмбриональных стволовых клеток.
- Третьим добавленным химическим веществом стал противораковый агент — ингибитор танкиразы.
Команде удалось "сбросить" более 25 различных линий человеческих стволовых клеток с помощью этого нового коктейля. Эти перепрограммированные человеческие ЭСК экспрессировали гены и белки, характерные только для более гибких мышиных ЭСК и человеческих преимплантационных эмбрионов, но не для обычных человеческих ЭСК. У них также не было аномальных изменений в ДНК, индуцированных другими методами. Новые человеческие ЭСК дифференцировались в трансплантируемые сосудистые и нервные типы клеток с частотой в два-три раза выше, чем обычные человеческие ЭСК.
Сейчас команда использует этот новый класс человеческих ЭСК для разработки крови, сосудистых и сетчаточных тканей, более пригодных для трансплантации. Эти клетки также более податливы для коррекции генов, связанных с такими заболеваниями, как серповидноклеточная анемия и болезнь Паркинсона.