Учёные вырастили ткани гипофиза из стволовых клеток

Исследователи из Института исследования рака Слоун-Кеттерин (Sloan Kettering Institute for Cancer Research, США) использовали стволовые клетки человека для создания функциональной ткани гипофиза. После трансплантации тканей крысам с гипопитуитаризмом, болезнью, связанной с карликовостью и преждевременным старением, выращенные in vitro клетки гипофиза демонстрировали нормальное продуцирование гормонов. Работа опубликована 14 июня 2016 года в Stem Cell Reports.

«Существующие методы лечения пациентов, страдающих от гипопитуитаризма, дисфункции гипофиза, далеки от оптимальных», — говорит первый автор исследования Бастиан Циммер (Bastian Zimmer). «Более длительный терапевтический эффект оказывает трансплантация полученных из плюрипотентных стволовых клеток питуицитов (гипофизарных клеток), которые способны поддерживать обратную связь с организмом».

Гипофиз – главный регулятор производства гормонов в организме, играющих ключевую роль в росте тканей и костей, обмене веществ, репродуктивной функции и реакции на стресс. Гипопитуитаризм может быть вызван опухолями, генетическими дефектами, травмами мозга, иммунными и инфекционными заболеваниями или лучевой терапией.

Последствия дисфункции гипофиза имеют широкий диапазон и особенно опасны у детей, которые могут страдать от таких последствий, вызванных болезнью, как трудности в обучении, нарушение роста, проблемы со скелетом, а также нарушения полового созревания и дальнейшей половой функции.

В настоящее время пациенты с гипопитуитаризмом должны на протяжении жизни применять дорогостоящую заместительную гормональную терапию, которая недостаточно хорошо имитирует сложную схему секреции гормонов, зависящую от циркадных ритмов и требующую обратной связи с другими органами.

В отличие от такого лечения, клеточная терапия перспективна для восстановления естественно регулируемой секреции гормонов на постоянной основе, без необходимости пожизненного дорогостоящего лечения.

В последнее время ученые разработали методику для создания питуицитов из человеческих плюрипотентных стволовых клеток — неограниченного источника клеток для регенеративной медицины — с использованием «органоид культур», имитирующих трёхмерную организацию развивающегося гипофиза. Однако такой метод является неэффективным и сложным, т.к. основан на плохо изученных клеточных сигналах, он трудно воспроизводим и не может быть применен для клинического производства такого класса клеток.

Для устранения этих ограничений, Циммер и ведущий автор исследования Лоренц Стьюдер (Lorenz Studer) разработали простую, быструю и надёжную методику на основе стволовых клеток для получения большого количества разнообразных функциональных типов гипофизарных клеток, подходящих для терапевтического применения. Вместо того, чтобы имитировать сложную трёхмерную организацию развивающегося гипофиза, этот подход основан на взаимодействии плюрипотентных стволовых клеток с клеточными сигналами, которые, как известно, играют важную роль в эмбриональном развитии.

В результате такой стимуляции стволовые клетки дифференцировались в различные типы функциональных клеток гипофиза, продуцирующие гормоны, играющие важную роль в развитии костей и тканей (гормон роста), реакции на стресс (адренокортикотропный гормон) и репродуктивной функции (пролактин, фолликулостимулирующий гормон и лютеинизирующий гормон). Кроме того, данные полученные из стволовых клеток питуициты синтезировали различные количества гормона в ответ на известные сигналы, генерируемые другими органами.

Для проверки терапевтического потенциала данного метода, исследователи трансплантировали клеточные производные стволовых клеток под кожу крысам с хирургически удалённым гипофизом.

Трансплантаты не только начали секретировать адренокортикотропный гормон, пролактин и фолликулостимулирующий гормон, но они также вызвали соответствующие гормональные реакции в почках.
Исследователи также смогли контролировать относительный состав различных гормональных клеток просто воздействуя на плюрипотентные стволовые клетки разным соотношением двух белков: фактора роста фибробластов-8 (FGF) и морфогенетического белка кости-2 (BMP). Этот факт позволяет предположить, что данный метод может быть адаптирован для создания конкретных типов клеток для пациентов с различными типами гипопитуитаризма.

В будущих исследованиях учёные планируют дальнейшее совершенствование протокола для создания чистых популяций различных гормонпродуцирующих клеток, что позволит создать трансплантаты с учётом потребностей отдельных пациентов. Также планируется проверка данной методики на более клинически значимых животных моделях, которые имеют повреждения гипофиза, вызванные лучевой терапией. Трансплантация в таких случаях будет проводиться в область гипофиза, а не подкожно.

Данное исследование может иметь важное значение для онкобольных, т.к. гипопитуитаризм — одна из основных причин низкого качества жизни после лучевой терапии мозга.