Стволовые клетки помогут в лечении редкого заболевания ещё до рождения

Новое исследование на мышах показало, что внутриутробная трансплантация стволовых клеток и ферментная терапия могут использоваться для облегчения состояния при некоторых врожденных заболеваниях, которые часто приводят к потере беременности. Учёные продемонстрировали, что стволовые клетки могут проникать в мозг плода во время пренатального развития и замещать дефектные клетки, которые не способны синтезировать необходимый белок.

Ежегодно около 24 000 женщин в США теряют ребёнка во время беременности. Одним из основных факторов, влияющих на эту проблему, является группа врожденных заболеваний, которые могут привести к развитию водянки, заболевания, при котором происходит скопление жидкости во всех полостях организма, что может привести к летальному исходу.

«Данная группа пациентов была относительно проигнорирована в мире фетальной хирургии», — сказала доктор медицины Типпи Маккензи (Tippi MacKenzie) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (The University of California, San Francisco, UCSF), старший автор нового исследования, результаты которого опубликованы в Science Translational Medicine.

Маккензи десятилетиями разрабатывала новые методы терапии наследственных заболеваний, которые можно лечить до рождения.

«Мы знаем, что ряд медицинских методов лечения потенциально может помочь этим пациентам. Таким образом, мы первыми начали поиск терапии одной из этих болезней».

Новое исследование было направлено на изучение методов лечения мукополисахаридоза типа VII (МПС VII), также известного как синдром Слая, расстройства, вызванного мутацией в одном гене. При этом заболевании клеткам организма не хватает фермента лизосом β-глюкуронидазы. Он необходим для расщепления мукополисахаридов (гликозаминогликанов, ГАГ). Продукты распада ГАГ накапливаются в тканях многих органов и приводят к развитию патологии.

Синдром Слая является частью группы заболеваний, связанных с нарушениями метаболизма, которые потенциально могут быть вылечены до рождения.

Заболеваемость МПС VII трудно диагностировать, поскольку считается, что большинство детей с этим заболеванием умирает до рождения. Тех, кто выживает, лечат регулярными инъекциями фермента, который их клетки не производят самостоятельно.

Хотя эти инъекции могут принести некоторую пользу, фермент не способен попасть в мозг с кровотоком после рождения. При некоторых сопутствующих метаболических заболеваниях врачам необходимо вводить фермент непосредственно в мозг для лечения неврологических аспектов. Но поскольку так называемый гематоэнцефалический барьер, который защищает мозг от потенциально вредных веществ в крови, не полностью развит до рождения, Маккензи полагала, что фермент успешно проникнет в мозг на этой стадии.

Другая проблема с повторными инфузиями ферментов при метаболических нарушениях заключается в том, что у пациентов может развиться иммунный ответ на фермент, который их организм рассматривает как «чужеродный». Введение белка до рождения может предотвратить иммунный ответ, поскольку иммунная система плода склонна рассматривать новые белки как «дружественные» и не отторгает их.

Маккензи впервые в истории провела исследования по замене ферментов любого рода на стадии плода. Под руководством соавтора д.м.н. Рассела Витта (Russell Witt) эти эксперименты оказались успешными, и исследователи обнаружили, что внутриутробное лечение ферментом значительно улучшило выживаемость эмбрионов мышей.

Мышата продолжали получать фермент после рождения, что в конечном итоге привело к иммунной толерантности к ферменту и улучшению работы многих органов, включая мозг и печень.

По словам Маккензи, исследовательская группа обнаружила, что внутриутробная замена фермента дает три основных улучшения: «Он проникает в мозг, у мышей развивается иммунная толерантность к нему, и лечение помогает поддерживать плод при рождении».

Данная комбинация преимуществ, по ее словам, преодолевает основные ограничения современного подхода к проведению ферментативного лечения после родов, но не все из них.

Даже если лечение будет успешно проведено в утробе матери, в любом случае могут возникнуть проблемы. Поскольку фермент сохраняется в организме лишь около двух недель, пациентам все равно потребуются регулярные инъекции после рождения. К этому моменту гематоэнцефалический барьер полностью развит, поэтому фермент не сможет проникнуть в мозг.

В конечном счете, сказала Маккензи, решением проблемы может стать трансплантация эмбриону стволовых клеток, которые могли бы дифференцироваться в новые клетки, способные производить отсутствующий фермент, как в мозге, так и в других частях тела.

Чтобы изучить такую возможность, Маккензи в сотрудничестве с научным сотрудником и хирургом д.м.н. Куок-Хунг Нгуеном (Quoc-Hung Nguyen) пересадила кроветворные стволовые клетки от нормально развивающихся мышат в эмбрионы, несущие генетическую мутацию, которая вызывает МПС VII.

Больше всего исследователей интересовало, смогут ли эти клетки достичь мозга и превратятся ли они в клетки, называемые микроглией — иммунные клетки, которые происходят от кроветворных стволовых клеток. У нормально развивающегося плода микроглия продуцирует и хранит необходимый фермент, а также регулирует иммунную систему головного мозга.

Другие исследовательские группы пытались пересадить стволовые клетки животным после рождения. Однако получить полностью функционирующую микроглию было сложно.

«Мы хотели протестировать трансплантат до рождения, используя среду мозга эмбриона, в которой у нормально развивающегося плода стволовые клетки мигрируют в мозг, чтобы стать микроглией», — сказал Нгуен. «Одним из наших главных открытий стало то, что эти клетки действительно становятся микроглией, поэтому пересадка до рождения обладает огромным преимуществом».

Нгуен пометил трансплантированные клетки флуоресцентным маркером, для их идентификации и для того, чтобы убедиться, что они успешно пересекли гематоэнцефалический барьер и мигрировали в мозг. Чтобы подтвердить, что пересаженные клетки действовали как функциональная микроглия, Нгуен секвенировал РНК клеток и отметил, что она соответствует правильной сигнатуре производства белка микроглией.

Кроме того, он подтвердил, что стволовые клетки также мигрировали в печень, почки и другие органы, и что они стали подходящим типом клеток для производства необходимого фермента в этих органах.

Исследователи обнаружили, что после того, как стволовые клетки прижились в мозге и других отделах организма и дифференцировались, они смогли доставить фермент к соседним клеткам и восстановить их функцию. Данный процесс называется перекрестной коррекцией. Таким образом, трансплантированные клетки защищали животных от болезней печени и других осложнений, связанных с МПС VII.

«Мы обнаружили, что даже если в организме циркулирует только один или два процента здоровых клеток, это может радикально улучшить, например, состояние печени при заболевании», — сказала Маккензи. «Одна «хорошая» клетка может, в сущности, исправить множество других».

Еще одно преимущество предлагаемого лечения заключается в том, что у людей оно будет выполняться с применением методов, используемых в настоящее время для переливания крови плода, которые десятилетиями проводились в больницах по всей стране.

«Это означает, что если мы действительно дойдём до стадии проведения фетальной терапии данных заболеваний у людей, то лечение когда-нибудь может быть предложено в нескольких центрах по всему миру, и семье не обязательно придется далеко ехать, чтобы получить необходимую помощь», — сказала Маккензи.

Существует большое количество других наследуемых метаболических нарушений, которые возникают из-за подобных дефектных отдельных генов, и Нгуен, и Маккензи соглашаются, что их подход может быть полезным и для них.

«Эти открытия — лишь верхушка айсберга», — сказал Нгуен. «Они предлагают совершенно новый подход к лечению целого ряда заболеваний. В то же время, предстоит проделать много работы, чтобы оптимизировать лечение для людей».

С этой целью Маккензи обратилась в Управление по контролю за продуктами и лекарствами США с просьбой начать клинические испытания заместительной ферментной терапии, которая в конечном итоге позволит зарегистрировать 10 пациентов с МПС VII и связанными метаболическими нарушениями.

Она уже проводит аналогичное исследование, трансплантируя материнские стволовые клетки в развивающиеся зародыши для лечения заболевания крови, называемого альфа-талассемией. С помощью данного исследования ферментной заместительной терапии она надеется расширить сферу применения фетальной молекулярной терапии для лечения метаболических нарушений, а также нарушений кровообращения у людей.