Создан новый тип нейральных стволовых клеток из клеток крови

Ученые из немецкого Центра исследования рака (Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ) и Института стволовых клеток HI-STEM в Гейдельберге впервые успешно перепрограммировали клетки крови человека в ранее неизвестный тип нейральных стволовых клеток.

Полученные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки аналогичны тем, что появляются в ходе раннего эмбрионального развития центральной нервной системы. Их размножение и модификация в лабораторных условиях может стать важным этапом развития регенеративной медицины.

Плюрипотентные стволовые клетки универсальны. Они, в отличие от обычных стволовых клеток, могут формировать все известные типы тканей организма. В 2006 году японский ученый Шинья Яманка (Shinya Yamanaka) продемонстрировал, что такие клетки можно создать в лаборатории из специализированных зрелых клеток.

Для их получения и обращения вспять процессов развития оказалось достаточно лишь четырёх генетических факторов. За открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК), которые обладают свойствами, идентичными эмбриональным стволовым клеткам, Яманака был удостоен Нобелевской премии по медицине в 2012 году.

«Это был великий прорыв в исследованиях стволовых клеток», — говорит Андреас Трумпп (Andreas Trumpp), сотрудник DKFZ и директор HI-STEM в Гейдельберге. «В частности, это касается исследований в Германии, где запрещается выращивание эмбриональных стволовых клеток человека.

Стволовые клетки обладают огромным потенциалом как для фундаментальных исследований, так и для развития регенеративной терапии, направленной на восстановление пораженных тканей у пациентов. Однако перепрограммирование также связано с проблемами: например, плюрипотентные клетки могут формировать образования из клеток зародышевой линии, так называемые тератомы».

Существует и другой способ – обращать развитие зрелых клеток вспять не до конца. Группе Трумппа впервые удалось успешно перепрограммировать взрослые клетки человека, получив определенный тип индуцированных нейрональных стволовых клеток, которые могут делиться практически бесконечно. Результаты их работы опубликованы 20 декабря 2018 года в Cell Stem Cell.

«Мы, так же, как и Яманака, использовали четыре генетических фактора. Однако они были специфичны для нашего перепрограммирования», — объясняет Марк Кристиан Тьер (Marc Christian Thier), первый автор исследования. «Мы предполагали, что наши факторы позволят перепрограммировать нервную систему на раннюю стадию развития».

 

Другие исследовательские группы прежде также перепрограммировали клетки соединительной ткани в зрелые нервные клетки или клетки-предшественники. Однако эти искусственно созданные нейроны часто не размножались, поэтому вряд ли могли использоваться в терапевтических целях.

«В основном, это была разнородная смесь различных типов клеток, которые не могут существовать в организме в физиологических условиях», — объяснил проблему Андреас Трумпп.

 

Совместно с исследователем стволовых клеток Франком Эденхофером (Frank Edenhofer) из Инсбрукского университета (University of Innsbruck) и нейробиологом Ханной Моньер (Hannah Monyer) из DKFZ и больницы Гейдельбергского университета Трумппу и его команде удалось перепрограммировать клетки человека из различных источников: соединительной ткани кожи, поджелудочной железы, а также периферической крови.

«Происхождение клеток не повлияло на свойства стволовых клеток», — сказал Тьер. Решающим преимуществом данной методики для будущих терапевтических подходов является возможность получения нейральных стволовых клеток из крови пациентов без инвазивного вмешательства».

 

Главная особенность перепрограммированных клеток, полученных специалистами из Гейдельберга, заключается в том, что они формируют однородную популяцию, напоминающую стадию нервных стволовых клеток во время эмбрионального развития нервной системы.

 

«Аналогичные клетки существуют у мышей и, вероятно, также у людей во время раннего эмбрионального развития мозга», — сказал Тьер. «Мы описали новый тип нейральных стволовых клеток эмбриона млекопитающих».

 

Новые, так называемые «индуцированные стволовые клетки нервной пластинки» (англ. — induced Neural Plate Border Stem Cells, iNBSCs) обладают широким потенциалом развития. iNBSC мультипотентны, хорошо размножаются и могут развиваться в двух направлениях.

С одной стороны, их дифференцировка может быть направлена на формирование зрелых нейронов и глиальных, вспомогательных клеток, т. е. создание клеток центральной нервной системы. С другой стороны, они могут также развиться в клетки нервного гребня, от которого происходят различные типы клеток, например, чувствительные клетки периферической нервной системы, а также хрящи и кости черепа.

Таким образом, iNBSC создают идеальную основу для создания различных типов клеток индивидуально для пациента.

«Данные клетки имеют тот же генетический материал, что и донор, и поэтому, предположительно, опознаются иммунной системой как свои и не отторгаются», — объясняет Тьер.