Мезенхимальные стволовые клетки лечат диабетическую ангиопатию
Учёные из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign), США, обнаружили, что стволовые клетки мышечной ткани могут улучшать кровоснабжение у пациентов с диабетом, которые страдают от осложнения, поражающего периферические артерии. В новом исследовании, опубликованном в Theranostics, установлено, что инъекция стволовых клеток стимулирует рост новых сосудов, улучшая кровоток в поражённых тканях и функционирование конечностей.
Учёные из Иллинойского университета показали на мышах, что помимо способствования росту кровеносных сосудов, трансплантированные стволовые клетки также индуцировали изменения экспрессии генов в окружающих тканях, что стимулировало высвобождение факторов, уменьшающих воспаление и улучшающих кровообращение.
«Заболевание периферических артерий (peripheral arterial disease, PAD) очень распространено у пациентов с диабетом, но его трудно диагностировать, так как симптомы возникают на поздней стадии болезни», — сказал руководитель исследования Вавринец Лоуренс Добруцки (Wawrzyniec Lawrence Dobrucki), профессор биоинженерии и медицины.
«При отсутствии лечения PAD часто приводит к язвам стопы и ампутации конечностей – тысячи ежегодных случаев в Соединённых Штатах. Это серьезная, дорогостоящая и изнурительная болезнь».
При PAD артерии в конечностях сужаются (диабетическая ангиопатия), причиняя боль и ограничивая подвижность из-за недостатка крови и кислорода. Вариантов лечения PAD немного. Некоторые лекарства направлены на увеличение перфузии в конечностях, однако они недостаточно эффективны, говорит Добруцки.
Врачи рекомендуют выполнение физических упражнений, но для пациентов с PAD они могут быть болезненными и трудновыполнимыми. Кроме того, физическая активность может быть неприемлемой при других сердечно-сосудистых осложнениях. Многим пациентам требуется хирургическое вмешательство для стентирования или шунтирования сосудов.
Группа Добруцки сотрудничала с Марни Боппарт, профессором кинезиологии и общественного здравоохранения, для изучения влияния инъекций стволовых клеток в места сужения артерий. Боппарт является экспертом по мезенхимальным стволовым клеткам (МСК), которые играют важную роль в заживлении повреждений и регенерации мышц и других тканей.
Одно из их исследований было направлено на изучение различных индивидуальных факторов роста, способствующих образованию кровеносных сосудов (процесс, называемый ангиогенезом), но ни один из них не принёс ожидаемого результата.
«Ангиогенез – сложный процесс, в котором принимают участие многие факторы роста и взаимодействия между ключевыми белками», — сказал Добруцки. «Именно поэтому мы выбрали более естественный метод терапии для стимуляции ангиогенеза в конечностях, поражённых PAD, и использовали стволовые клетки. Они знают, например, что синтезировать, в каких количествах и когда остановиться. Также они реагируют на микроокружение и способны изменять его для оптимизации терапевтического эффекта».
Исследователи хирургическим путём сузили бедренную артерию на одной лапе мышей-диабетиков. Затем они вводили МСК, полученные из мышц молодых мышей, в лапы экспериментальным животным, в то время как контрольная группа получала инъекции физиологического раствора.
Затем они использовали неинвазивные методы визуализации, разработанные в лаборатории Добруцки, для мониторинга кровотока и формирования кровеносных сосудов у мышей, сравнивая экспериментальную и контрольную группы, а также поражённые и здоровые лапы у каждой мыши.
«Мы чётко продемонстрировали способность МСК стимулировать ангиогенез, периферическую перфузию и функции мышц», — сказала Боппарт. «Мы видели, что мезенхимальные стволовые клетки способствовали заживлению мышц, создавая новые сосуды в ткани, которые компенсировали ограниченный кровоток. Трансплантация МСК даёт возможность максимизировать рост сосудов при PAD, поддерживая или омолаживая скелетные мышцы».
Исследователи также провели анализ экспрессии генов в ткани и обнаружили, что у мышей, получавших инъекции стволовых клеток, экспрессия генов в лапе с PAD была практически на одном уровне с экспрессией в неповреждённых лапах. Учёные также показали, что у экспериментальной группы животных, в отличие от контрольной, были активированы гены, которые принимают участие в борьбе с некоторыми диабетическими осложнениями, например, подавлялись гены, связанные с воспалением.
«Наши результаты свидетельствуют о том, что лечение стволовыми клетками может быть использовано для пациентов с тяжелой стадией PAD, которым противопоказаны физические нагрузки», — сказал Добруцки. «Лечение стволовыми клетками поможет вывести их на тот уровень, когда они смогут заниматься физкультурой, или это может спасти конечность от ампутации».
В дальнейшем исследовании учёные надеются идентифицировать субпопуляции МСК, которые проявят наибольший потенциал для лечения PAD, а также оптимизировать условия для выделения этих клеток из жировой ткани человека и скелетных мышц. Кроме того, исследователи хотят выяснить, как долго МСК остаются активными после инъекции.
«Мы планируем разработать бесклеточный метод омоложения, восстановления и роста мышц», — сказала Боппарт. «Мы надеемся идентифицировать оптимальный состав факторов, которые продуцируют клетки, а также условия их высвобождения».
