Исследователи превратили обычную клетку в мастер-клетку сердца

Генетически перепрограммировав самый распространенный тип клеток в соединительной ткани млекопитающих, исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон создали мастер-клетки сердца — примитивные клетки-предшественники, формирующие развивающееся сердце.

В статье, опубликованной онлайн 11 февраля в журнале Cell Stem Cell, группа под руководством кардиолога Тимоти Дж. Кампа сообщает о трансформации мышиных фибробластов (клеток, в основном находящихся в соединительной ткани, такой как кожа) в примитивные мастер-клетки сердца, известные как индуцированные кардиальные клетки-предшественники. Эта технология может позволить создать масштабируемый метод для получения почти неограниченного запаса трех основных типов клеток сердца. Если метод будет воспроизведен на человеческих клетках, это однажды может ускорить открытие лекарств, создать мощные новые модели сердечных заболеваний и обеспечить материал для лечения больных сердец.

Ведущий автор нового исследования, постдокторант UW-Madison Пратик А. Лалит, обнаружил, что 11 генов, играющих центральную роль в эмбриональном развитии сердца, можно использовать для перепрограммирования фибробластов. Он и его коллеги затем сузили число ключевых генов до пяти. Важно, что группа также определила условия, необходимые для эффективного культивирования трансформированных клеток в лаборатории.

Используя пять генов, Лалит, Камп и их команда смогли отбросить фибробласты назад в развитии, чтобы они стали кардиальными клетками-предшественниками, которые производят кардиомиоциты, клетки гладких мышц и эндотелиальные клетки — трио рабочих клеток, из которых состоит орган. Индуцированные кардиальные клетки-предшественники способны производить миллиарды критически важных клеток сердца, обеспечивая обильный материал для изучения сердечных заболеваний в лабораторной чашке, оснащения высокопроизводительных скринингов для проверки различных соединений на безопасность и эффективность и, в конечном итоге, для лечения сердечных заболеваний путем замены больных клеток здоровыми.

"Поскольку перепрограммированные клетки активно делятся, мы можем с относительной легкостью генерировать миллиарды клеток", — говорит Камп, который также является содиректором Центра стволовых клеток и регенеративной медицины UW-Madison.

Исследование, объясняет Лалит, было похоже на упражнение по обратной инженерии: наблюдение за генетическими факторами, действующими при развитии сердца у эмбриона мыши, и использование их для направления фибробласта по пути кардиального развития или линии. "Мы учимся на том, что происходит в эмбрионе во время развития сердца", — говорит он. "Что нужно, чтобы сделать нормальное сердце?"

Ключевое преимущество созданных кардиальных клеток-предшественников, отмечает Камп, заключается в том, что, в отличие от универсальных плюрипотентных стволовых клеток, которые могут стать любыми из 220 различных типов клеток в организме человека, индуцированные клетки-предшественники, созданные из фибробластов, верны только кардиальной линии — желательная черта для кардиальных применений. Потенциальный недостаток трансплантатов клеток, полученных из универсальных стволовых клеток, — небольшая, но вполне реальная возможность создания тератомы, опухоли из ткани, отличной от целевой клеточной линии.

"С кардиальными клетками-предшественниками вы можете снизить риск образования опухоли, поскольку они более привержены сердечным линиям и вряд ли образуют опухоль", — говорит Камп.

Команда Лалита и Кампа протестировала новые клетки на мышах, экспериментально вызывая сердечные приступы. Вводя созданные клетки в поврежденные сердца мышей, они наблюдали, как клетки мигрируют в поврежденную часть сердца и образуют кардиомиоциты (клетки сердца, которые сокращаются, обеспечивая биение сердца), а также клетки гладких мышц и эндотелиальные клетки — ключевые клетки, формирующие кровеносные сосуды. Имплантированные клетки привели к повышению выживаемости мышей с поврежденным сердцем.