Новые методы повышают эффективность получения стволовых клеток

Индуцированные плюрипотентные стволовые (iPS) клетки — один из ключевых инструментов современной биомедицины. Их создание требует преобразования специализированной клетки (например, кожи) в состояние, близкое к "чистому листу", что открывает потенциал для превращения в практически любой другой тип клеток организма для регенеративной терапии.

Однако текущие методы индукции плюрипотентности неэффективны: из 100 клеток, предназначенных для перепрограммирования, успешно завершают переход лишь около пяти.

Новое исследование, опубликованное в Cell Reports командой из Висконсинского университета в Мадисоне, предлагает пути для повышения этой эффективности. Работа сочетает лабораторные и вычислительные методы, что приводит к:

• Более успешному завершению перепрограммирования.
• Ускорению процесса.
• Улучшенному пониманию механизмов смены клеточного типа.

Ключевое открытие: клеткам не обязательно проходить перепрограммирование строго последовательными шагами. Ранее считалось, что гены, определяющие функции исходной дифференцированной клетки (например, кожи), должны быть подавлены ("выключены") до активации свойств плюрипотентности.

Используя метод scRNA-seq (секвенирование РНК отдельных клеток), исследователи под руководством профессора Рупы Шридхаран обнаружили, что отдельные клетки могут активировать свойства плюрипотентности, не отключая полностью свои дифференцированные черты. Клетка кожи не обязана полностью перестать быть клеткой кожи, чтобы начать путь к превращению, например, в клетку сердца.

Для анализа данных команда использовала алгоритмы профессора Сушмиты Рой, позволяющие идентифицировать регуляторные генетические сети. Как отмечает Рой, scRNA-seq открывает возможности для детального изучения этих сетей, что применимо не только к репрограммированию, но и к другим вопросам, например, к изучению превращения нормальных клеток в опухолевые.

Практический результат: клетки, способные включать плюрипотентность без выключения дифференцированных функций, являются хорошими кандидатами для успешного перехода. Лаборатория Шридхаран уже добилась успеха, используя коктейли малых молекул, которые модулируют сигнальные пути и регулируют клеточный цикл iPS-клеток. Это позволило:

• Увеличить успешность перепрограммирования примерно до 40%.
• Сократить временные рамки процесса.

Перспективным направлением может стать добавление молекул, подавляющих дифференцированные признаки, для дальнейшего повышения эффективности. Алгоритмы Рой также помогают понять, как меняются регуляторные сети при изменении химического коктейля.

Комбинируя лабораторные и вычислительные инструменты, исследователи задаются вопросом: «Можем ли мы рационально определить, какой должна быть следующая молекула?» Ответ на него может определить будущее регенеративной терапии и прецизионной медицины.