Выращивание кроветворных стволовых клеток в лаборатории для спасения жизней
Гематопоэтические стволовые клетки (HSCs) — это важные незрелые клетки крови в костном мозге, которые можно стимулировать к развитию в любой тип клеток крови. Трансплантация HSCs может использоваться для лечения состояний, при которых костный мозг поврежден и больше не может производить здоровые клетки крови. Однако широкое и безопасное использование HSCs ограничено трудностями роста и размножения клеток в лаборатории (ex vivo). Команда исследователей из Университета Цукубы разработала новую систему культивирования, которая поддерживает долгосрочное размножение HSCs ex vivo.
Человеческие HSCs часто и легко получают из пуповинной крови, но этого количества недостаточно для полноценной трансплантации. Хотя размножение HSCs ex vivo явно необходимо, достичь этой цели было сложно. В предыдущих исследованиях для стимуляции размножения HSCs часто использовали сигнальные молекулы цитокины и белок альбумин, но успех был лишь краткосрочным.
«Другие команды показали многообещающие результаты, используя новые подходы для размножения HSCs ex vivo, включая добавление в культуральную среду малых молекул, определенных гидрогелей, различных факторов роста или ингибиторов малых молекул», — объясняет профессор Сатоси Ямадзаки, старший автор исследования, опубликованного в Nature.
Хотя когда-то считалось, что цитокины незаменимы для роста HSCs ex vivo, исследовательская группа предположила, что другие новые подходы могут стать подходящей альтернативой. Начиная с мышиных HSCs, они ранее обнаружили, что альбумин можно заменить синтетическим полимером. Это не только решило проблему вариабельности между партиями альбумина в разных экспериментах, но и предотвратило негативное влияние обычных примесей.
Когда команда применила этот метод к человеческим HSCs, она отметила менее активную пролиферацию по сравнению с мышиными клетками. После молекулярного анализа они наблюдали снижение активности жизненно важных сигнальных молекул PI3K и AKT. Чтобы решить эту проблему, они обнаружили, что добавление химических веществ для активации PI3K и AKT может значительно улучшить рост человеческих HSCs.
«Мы также обнаружили, что добавление химического агониста рецептора, известного как бутизамид, может стимулировать пролиферацию клеток, обеспечивая хорошую альтернативу цитокинам, которые обычно использовались в прошлом», — говорит профессор Ямадзаки.
Добавление соединения UM171, а также специфического полимера улучшило результаты, поддержав долгосрочное размножение HSCs. Используя метод РНК-секвенирования, команда подтвердила успешное влияние этой системы на экспрессию генов в отдельных клетках. Более того, трансплантация HSCs мышам подтвердила приживление и рост клеток, размноженных с использованием их новой системы культивирования.
Учитывая важность размножения человеческих HSCs ex vivo, новая система, использующая оптимальную химически определенную культуральную среду, представляет собой подходящую альтернативу системам, использующим типичные среды, содержащие цитокины. Эта работа может помочь продвинуть различные терапевтические подходы, связанные с HSCs, в клинической разработке и потенциально спасти жизни.