Новый метод восстановления межпозвоночных дисков стволовыми клетками
Коллектив учёных из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis), США, разработал метод создания тканей пульпозного ядра позвоночника из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) человека. Исследование, опубликованное в Stem Cell Research & Therapy, может помочь в разработке методов лечения хронической боли в шее и спине.
Примерно 80% людей сталкиваются с изнурительными болями в шее и/или спине, которые зачастую сопровождаются разрушением межпозвоночных дисков.
Межпозвоночный диск представляет собой хрящевую прослойку, обеспечивающую подвижность позвонков, связывающую их между собой и выполняющую амортизирующую функцию за счёт упругого пульпозного (студенистого) ядра, ограниченного фиброзным кольцом.
С возрастом пульпозное ядро разрушается, в результате чего межпозвоночные диски деградируют и теряют форму, что причиняет боль и вызывает ряд других осложнений.
Учёные давно пытаются найти методы лечения дегенерации межпозвоночных дисков ещё на ранней стадии, в том числе, возлагая большие надежды на использование стволовых клеток для восстановления пульпозного ядра. Предыдущие исследования показали, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, полученные непосредственно из зрелых клеток, могут экспрессировать маркеры широкого круга клеток, включая те, из которых формируется межпозвоночный диск.
«Прежде, чем разработать наш эксперимент, мы изучили биологию развития», — говорит профессор Лори Сеттон (Lori Setton). «Для данного конкретного исследования мы создали протокол дифференцировки, имитирующий эмбриональное развитие».
В прошлых проектах учёные пытались получить из иПСК человека различные типы дифференцированных клеток костной, хрящевой, нервной и жировой тканей. Сеттон и её группа пошли другим путём, разработав методику, позволяющую сначала создать хорду – хрящевидную структуру, которая формируется на самых ранних этапах развития, превращаясь в дальнейшем в позвоночник.
«Мы знаем, что межпозвоночные диски формируются из хорды», — сказала Сеттон. «Мы решили обратиться к истокам и посмотреть, сможем ли мы превратить стволовые клетки в хордовые. Только после прохождения стадии формирования хорды, мы направили их в фазу развития межпозвоночного диска».
В лаборатории Сеттон индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека подвергали действию различных факторов роста и культуральных сред для стимулирования образования необходимых маркеров и дальнейшего полного превращения в клетки хорды. Далее учёные использовали аналогичную методику для развития полученных клеток в клетки пульпозного ядра.
Исследователи наблюдали за процессом дифференцировки с использованием метода флуоресцентной визуализации клеток, проверяя наличие необходимых маркеров на каждом этапе.
«Можно представить метод как двухкомпонентную систему», — сказала Сеттон. «Можно подтолкнуть процесс в одном направлении, но ограничить в другом. Я могла подтолкнуть развитие в сторону образования нервов, но мне нужно было предотвратить образование кости. Мы не знали, какая комбинация сработает. Это похоже на приготовление еды на кухне, когда вы должны добавлять компоненты в соус. Нам потребовалось очень много времени, чтобы выяснить идеальный рецепт. Зато теперь, когда нам это удалось, всё можно воспроизвести без труда».
Сеттон говорит, что многоэтапный процесс, разработанный в её лаборатории для получения клеток пульпозного ядра из иПСК человека предусматривает необходимый контроль качества, поскольку учёные ищут дополнительные возможности для клинического применения стволовых клеток.
«Если вы имеете в виду регламентированный медицинский продукт, то он должен классифицироваться на каждом этапе использования и каждом этапе разработки», — сказала она. «Точно так же, как при автомобилестроении проводится контроль качества на каждом этапе. Это то, что мы сделали».
На следующих этапах исследования группа Сеттон планирует изучить эффекты влияния сигналов окружения (таких как жёсткость культуральной поверхности, топография клеток и способ их прикрепления) на трансформацию иПСК человека.
