Трансплантация генетически модифицированных iPS-клеток доставляет терапевтические молекулы in vivo

Индуцированные плюрипотентные стволовые (iPS) клетки оказывают большое влияние на биологию и медицину и, как ожидается, улучшат регенеративную медицину. С 2014 года, когда пациентам с возрастной макулодистрофией была трансплантирована пластинка клеток пигментного эпителия сетчатки, полученных из iPS-клеток, проводятся клинические испытания с различными типами клеток, полученных из iPS-клеток.

До сих пор использовались iPS-клетки, полученные от здоровых людей, но ожидается, что в будущем терапию трансплантации с использованием iPS-клеток можно будет усилить с помощью генетической модификации.

В качестве доказательства концепции эту возможность исследовали на мышиной модели болезни Фабри. Болезнь Фабри вызвана генетическим дефицитом α-галактозидазы A (GLA), что приводит к накоплению её субстратов, таких как глоботриаозилцерамид (Gb3) и глоботриаозилсфингозин (Lyso-Gb3).

Ранее была разработана модифицированная α-N-ацетилгалактозаминидаза (mNAGA) для лечения болезни Фабри путём изменения субстратной специфичности NAGA (паралога GLA) на специфичность GLA. Поскольку mNAGA сохраняет исходную антигенность NAGA, у этой модифицированной фермента нет иммунологической перекрестной реактивности с GLA, но при этом есть ферментативная активность GLA.

В этом исследовании, опубликованном в Cell Transplantation, проверили, может ли трансплантация iPS-клеток, секретирующих mNAGA благодаря геномному редактированию, обеспечить активность GLA in vivo.

Сначала с помощью TALEN-опосредованного knock-in в сайт AAVS1 (локус-"безопасная гавань") создали iPS-клетки, секретирующие mNAGA. Кроме того, чтобы исключить возможные иммуногенные реакции, вызванные эндогенной GLA iPS-клеток у пациентов, ген GLA инактивировали с помощью CRISPR-Cas9. При совместном культивировании кардиомиоцитов и фибробластов модели Фабри без активности GLA с iPS-клетками, секретирующими mNAGA, активность GLA восстанавливалась in vitro.

Затем iPS-клетки, секретирующие mNAGA, трансплантировали в семенники мышей модели болезни Фабри. Через семь или восемь недель активность GLA в печени значительно улучшилась, хотя восстановления активности в сердце, почках или плазме крови не наблюдалось. Также измерили количество Gb3 и Lyso-Gb3 в печени, но обнаружимого снижения субстратов не было.

Из-за ограниченного количества mNAGA, секретируемой трансплантированными iPS-клетками, активности GLA в печени было недостаточно для снижения Gb3 или Lyso-Gb3. Однако в будущем можно будет увеличить количество секретируемой mNAGA с помощью геномного редактирования. Также существует возможность прямой доставки mNAGA в органы и ткани, нуждающиеся в активности GLA. Например, трансплантация пластинки кардиомиоцитов, полученных из iPS-клеток, секретирующих mNAGA, доставляет mNAGA непосредственно в сердце. Кроме того, хотя это исследование было сосредоточено на болезни Фабри, ту же стратегию можно применить и к другим заболеваниям.

Это исследование продемонстрировало потенциал клеточной терапии с использованием генетически модифицированных iPS-клеток, секретирующих терапевтические молекулы. Такие клетки могут служить не только ресурсом для клеточной трансплантации, но и системой доставки лекарств.