Созданы плюрипотентные стволовые клетки, «невидимые» для иммунной системы

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California San Francisco, UCSF) использовали систему редактирования генов CRISPR/Cas9, чтобы создать первые плюрипотентные стволовые клетки, функционально «невидимые» для иммунной системы. Этот грандиозный прорыв в терапии стволовыми клетками сможет предотвратить отторжение трансплантатов.

В настоящее время в регенеративной медицине применяются зрелые стволовые клетки, индивидуальные для каждого пациента. Однако получение универсальных плюрипотентных стволовых клеток более эффективно и перспективно.

 

«Ученые часто рекламируют терапевтический потенциал плюрипотентных стволовых клеток, которые могут дифференцироваться  в любой тип ткани взрослого человека, но иммунная система является основным препятствием для безопасной и эффективной терапии такими стволовыми клетками», — сказал д.м.н. Тобиас Деуз (Tobias Deuse), заведующий кафедрой кардиохирургии в UCSF и ведущий автор нового исследования, опубликованного 18 февраля в журнале Nature Biotechnology.

Иммунная система запрограммирована на уничтожение всего, что она считает чужеродным, защищая организм от инфекций и прочих вредоносных агентов, которые могут нанести ущерб организму.

Однако это также означает, что трансплантированные органы, ткани или клетки рассматриваются как потенциально опасное инородное вторжение, которое неизменно вызывает сильный иммунный ответ, приводящий к отторжению трансплантата. Когда это происходит, говорят, что у донора и реципиента «несоответствие по комплексу гистосовместимости».

 

«Можно принимать лекарства, которые подавляют иммунную активность и снижают вероятность отторжения. К сожалению, эти иммунодепрессанты делают пациентов более восприимчивыми к инфекциям и раку», — пояснила профессор хирургии Соня Шрепфер (Sonja Schrepfer), доктор медицинских наук, старший автор исследования и директор лаборатории трансплантации и иммунобиологии стволовых клеток (Transplant and Stem Cell Immunobiology TSI) в UCSF.

 

Ранее ученые полагали, что проблема отторжения в области трансплантации стволовых клеток будет решена с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК). Их создают из полностью зрелых клеток, таких как клетки кожи, крови или жира, перепрограммировав в плюрипотентное состояние, которое позволяет им развиваться в любую из множества клеток тканей и органов.

 

При пересадке клеток, выращенных из иПСК тому же пациенту, от которого получены исходные клетки, теоретически организм должен воспринимать трансплантированные клетки как «свои» и не активировать иммунный ответ.

 

Но на практике клиническое использование иПСК оказалось сложным.  По неизвестным пока причинам клетки многих пациентов оказываются невосприимчивыми к перепрограммированию. Кроме того, индивидуальное производство иПСК для каждого пациента, проходящего процедуру терапии стволовыми клетками, является дорогостоящим и длительным процессом.

 

«Существует множество проблем с технологией иПСК, но наибольшми проблемами являются контроль качества и воспроизводимость. Мы не знаем, что делает некоторые клетки пригодными для перепрограммирования, но большинство ученых согласны с тем, данный метод ещё ненадёжен», — сказал Тобиас Деуз. «По этой причине от множества методов индивидуальной терапии иПСК пришлось отказаться»

 

Деуз и Шрепфер задались вопросом, возможно ли обойти эти проблемы, создав «универсальные» иПСК, которые можно применять для любого пациента, нуждающегося в них. В своей новой статье они описывают, как после изменения активности всего трех генов иПСК учёные смогли избежать отторжения после трансплантации реципиентам с несоответствием по комплексу гистосовместимости и с полностью функциональными иммунными системами.

Исследователи впервые использовали CRISPR для удаления двух генов, которые необходимы для правильного функционирования семейства белков, известных как главный комплекс гистосовместимости (англ. Major Histocompatibility Complex, MHC) класса I и II. Белки MHC (антигены) расположены на поверхности почти всех клеток и обеспечивают распознавание чужеродных агентов иммунной системой.

 

Клетки, в которых отсутствуют гены MHC, не представляют такие сигналы, потому они не распознаются как чужеродные. Однако клетки, в которых отсутствуют белки MHC, становятся мишенями иммунных клеток, известных как натуральные киллеры или NK-клетки (англ. Natural killer cells, NK cells).

 

Работая с доктором Льюисом Ланье (Lewis Lanier), профессором, соавтором исследования, председателем отдела микробиологии и иммунологии UCSF и экспертом по сигналам, которые активируют и ингибируют активность NK-клеток, команда Шрепфер обнаружила, что CD47, белок клеточной поверхности, который действует как сигнал «не ешь меня» для иммунных клеток, называемых макрофагами, также оказывает сильное ингибирующее действие на NK-клетки.

 

Предположив, что CD47 можно использовать для полного предотвращения отторжения трансплантатов, исследователи поместили ген CD47 в вирус, доставивший дополнительные копии гена в стволовые клетки мыши и человека, в которых были уничтожены белки MHC.

Именно CD47 оказался недостающим звеном. После того как исследователи пересадили модифицированные стволовые клетки гистонесовместимым мышам с нормально функционирующей иммунной системой, отторжение не происходило.

 

Затем учёные трансплантировали сконструированные аналогичным образом человеческие стволовые клетки так называемым гуманизированным мышам — животным, иммунная система которых была заменена компонентами иммунной системы человека для имитации иммунитета человека. В данном случае также не наблюдалось отторжение.

 

Исследователи дополнительно создали из сконструированных стволовых клеток различные типы клеток сердца человека, которые также пересадили гуманизированным мышам. Трансплантированные кардиомиоциты благополучно прижились и даже начали формировать рудиментарные кровеносные сосуды и сердечную мышцу, что дает надежду на то, что созданные стволовые клетки смогут когда-нибудь использоваться для восстановления повреждений при заболеваниях сердца.

 

«Наша методика решает проблему отторжения стволовых клеток и тканей, полученных из стволовых клеток, и представляет собой серьезный прогресс в области терапии стволовыми клетками», — сказал Деуз. «Наша технология может принести пользу более широкому кругу людей, поскольку она обходится гораздо дешевле, чем любой индивидуальный подход».