Новый метод позволит редактировать стволовые клетки непосредственно в организме
Новое исследование учёных из США продемонстрировало возможность редактирования генов стволовых клеток (СК) не в чашке Петри, а непосредственно в их естественной среде обитания. Полученные результаты имеют важное значение для биотехнологических исследований и разработки терапевтических средств для лечения генетических заболеваний.
«Чтобы редактировать геном, исправляя мутацию гена, вызывающую заболевание, необходимо изменить его в соответствующих стволовых клетках», — говорит Эми Вейджерс (Amy Wagers) профессор факультета Стволовых клеток и Регенеративной биологии Гарвардского университета (Harvard Department of Stem Cell and Regenerative Biology). «Если не менять стволовые клетки, любые клетки, которые вы «исправляете», будут довольно быстро заменены больными. Если исправить стволовые клетки, они создадут здоровые клетки, которые, в конечном итоге, смогут заменить больные».
Однако редактировать стволовые клетки сложнее, чем кажется. На сегодняшний день этот метод заключается в извлечении СК, создании благоприятных условий для поддержания их жизнеспособности, их генетической трансформации и трансплантации обратно пациенту. Данный процесс травмирует стволовые клетки, в результате чего они могут отторгаться после пересадки.
Каждый тип стволовых клеток живет в собственной хорошо защищённой нише. Часто, как в случае с костным мозгом, это труднодоступные места.
«Получая стволовые клетки из организма, вы извлекаете их из очень сложной среды, которая питает и поддерживает их, и клетки переживают состояние шока», — объясняет Вейджерс. «Извлечение из организма и трансплантация меняют их свойства. Мы хотели генетически изменить клетки без необходимости сохранения межклеточных регуляторных взаимодействий».
Перенос генов с помощью вирусов
Группа Вейджерс использовала для транспортировки генетического материала аденоассоциированный вирус (AAV), который заражает клетки человека и мыши, но не вызывает заболеваний. Основываясь на результатах своей предыдущей работы по изучению мышечной дистрофии Дюшенна на модели мышей, Вейджерс и ее коллеги создали различные комплексы AAV, чтобы доставить геномодифицирующий «груз» в стволовые клетки кожи, крови, мышц и прогениторные клетки.
«Это было тесное сотрудничество между лабораториями, специализирующимися на различных органах», — сказала Джилл Голдштейн (Jill Goldstein), научный сотрудник лаборатории Вейджерс и соавтор исследования, опубликованного в Cell Reports. «Мы проводили эксперименты над интересующими нас органами, анализировали их, сравнивали записи и вносили коррективы в своего рода научный конвейер. Никто из нас не смог бы сделать это в одиночку. Потребовалось множество рук, а командная работа сделала это по-настоящему увлекательным».
Чтобы проверить, удалось ли доставить комплексы AAV в необходимые клетки, исследователи использовали линию трансгенных репортерных мышей.
Репортерные системы применяются для выявления конкретного гена с помощью гена-«репортера», который в обычных условиях неактивен, но может быть включен путем генетического редактирования. В настоящем исследовании активация репортерного гена заставляла клетку флуоресцировать красным цветом.
На 60% эффективнее
Исследователи выяснили, что в скелетных мышцах до 60% стволовых клеток изменило цвет. До 27% стволовых клеток, формирующих различные типы клеток кожи, стали флуоресцентно-красными. Трансформированных кроветворных стволовых клеток костного мозга было около 38%. Такой процент может показаться незначительным, однако кровь обновляется настолько быстро, что в некоторых случаях даже одной здоровой стволовой клетки может быть достаточно, чтобы исправить патологию.
«До настоящего времени концепция доставки здоровых генов в стволовые клетки с использованием AAV была непрактичной, поскольку данные клетки в живых системах очень быстро делятся. Следовательно, доставленные гены будут исчезать в клетках за короткое время», — сказал Шариф Табебордбар (Sharif Tabebordbar), выпускник Гарвардского факультета Стволовых клеток и Регенеративной биологии.
«Наше исследование показывает, что мы можем постоянно модифицировать геном стволовых клеток и, следовательно, их потомков в их естественной анатомической нише. Существует большой потенциал для развития этого подхода и разработки более долгосрочных методов лечения различных форм генетических заболеваний. Это включает в себя различные формы мышечной дистрофии, где регенерация тканей является особо важным фактором».
«Изучив кожу AAV-трансдуцированных мышей из лаборатории Вейджерс, мы с удовлетворением отметили, что многие дермальные клетки также были успешно отредактированы», — сказала Я-Чи Хсу (Ya-Chieh Hsu) доцент факультета Стволовых клеток и Регенеративной биологии.
«В том числе клетки, формирующие дермальные адипоциты, и клетки, которые помогают регулировать функции других стволовых клеток кожи. Мы всегда нуждались в инструменте, который позволит нам быстро манипулировать клетками кожи in vivo. Поэтому для нас это похоже на воплощение мечты».
Прорыв в генной терапии
Генная терапия, применяемая непосредственно к живым системам, до настоящего времени была недоступна для биотехнологических компаний, разрабатывающих новые методы лечения таких заболеваний как, например, спинальная мышечная атрофия.
«Это по-настоящему важная возможность для общества по двум причинам», — сказала Вейджерс. «Во-первых, это изменит способ исследования стволовых клеток в организме. Метод AAV позволит учёным изучить важность различных генов для стволовых клеток в их естественной среде гораздо быстрее, чем когда-либо прежде. Поскольку система доставки является надежной, ее также можно использовать для нацеливания на гены, которые влияют на многие различные ткани».
«Во-вторых, это важный шаг на пути к разработке эффективной генной терапии. Подход, который мы разработали, позволяет навсегда исправить геном и обойти все проблемы, с которыми обычно сталкиваются, извлекая стволовые клетки из организма. AAV-метод уже используется в клинике для генной терапии, поэтому в данной сфере можно ожидать скорого прорыва».
