Впервые получены универсальные стволовые клетки, "невидимые" для иммунной системы

Клетки сердечной мышцы человека, полученные из спроектированных стволовых клеток, остаются невидимыми для иммунной системы.

Иллюстрация Xiaomeng Hu.

Международная группа исследователей впервые создала "универсальные" стволовые клетки, используя известную технологию редактирования генов CRISPR. Такой метод помог получить плюрипотентные стволовые клетки, которые могут быть пересажены любому пациенту, и у него не возникнет губительная для клеток реакция иммунной системы.

Поясним, что плюрипотентные стволовые клетки способны стать клетками любого типа, в которых нуждается организм.

Чуть более десяти лет назад специалисты продемонстрировали, как полностью сформированные зрелые клетки (такие как клетки кожи, например) могут быть эффективно преобразованы в плюрипотентные стволовые клетки. Они получили название индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), и этот прогресс обещал изменить практику регенеративной медицины. Однако всё оказалось не так просто.

"Существует много проблем, связанных с технологией iPSC, но самые большие препятствия возникают при контроле качества и воспроизводимости. Мы не знаем, что именно помогает некоторым клеткам "поддаваться" перепрограммированию", – говорит руководитель работы Тобиас Деуз (Tobias Deuse) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Чтобы создать iPSCs, учёные должны провести сложный и трудоёмкий процесс, включающий получение зрелых клеток от каждого отдельного пациента. Только таким образом удаётся избежать иммунной реакции, когда клетки впоследствии вводятся обратно в организм.

Между тем клетки многих пациентов являются невосприимчивыми к перепрограммированию.

Кроме того, иммунная система является основным препятствием для безопасной и эффективной терапии стволовыми клетками.

Как пишут учёные, она неумолима, поскольку запрограммирована на уничтожение всего того, что воспримет как инородное. Это помогает иммунной системе защищать организм от инфекционных агентов и других чужаков, которые могут нанести ущерб, если дать им свободу действий.

С другой стороны, иммунная система также считает пересаженные органы, ткани или клетки потенциально опасными захватчиками, и это провоцирует возникновение иммунной реакции, что приводит к отторжению трансплантата.

Единственный вариант – применять так называемое лечение в целях профилактики криза отторжения, но у такой терапии есть серьёзные недостатки.

"Мы можем вводить препараты, которые подавляют иммунную активность и делают отторжение менее вероятным. Но, к сожалению, эти иммунодепрессанты делают пациентов более восприимчивыми к инфекции и раку", – объясняет профессор хирургии Соня Шрепфер (Sonja Schrepfer) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

По этой причине специалисты разработали совершенно новый процесс создания ни много ни мало универсальных iPSCs, которые могут быть использованы любым пациентом.

Чтобы добиться этого, учёные использовали CRISPR. Ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали об этой технологии.

Вкратце напомним, что система CRISPR была "подсмотрена" у бактерий, которые используют эти "молекулярные ножницы" для защиты от вирусов. Её ключевым компонентом является позаимствованный у одноклеточных фермент Cas9. Им управляет короткий фрагмент генетического кода – РНК-гид. Он указывает на нужный участок ДНК, где цепочка и разрезается.

Благодаря этому методу исследователи могут модифицировать геном любого организма – растения, животного и человека.

На этот раз специалисты использовали CRISPR, чтобы "отключить" два определённых гена, которые отвечают за верное функционирование особых белков, благодаря которым иммунная система распознаёт "чужестранца".

Между тем дальнейшая работа показала, что атака иммунных натуральных клеток-убийц всё равно происходила даже при нехватки этих белков.

Впоследствии специалисты обратили внимание на ген CD47. Оказалось, что активность натуральных клеток-убийц может быть подавлена за счёт чрезмерной экспрессии гена CD47 в iPSCs.

Проведя многочисленные испытания на животных, учёные обнаружили, что эти новые "универсальные" iPSCs могут быть пересажены в организм любых мышей, и у них не будет наблюдаться иммунного отторжения.

В рамках следующего этапа работы специалисты использовали новые iPSCs, чтобы создать клетки сердца человека. Затем они пересадили их в организм так называемых гуманизированных мышей (humanized mouse). Поясним, что такие животные продуцируют клетки иммунной системы человека, что позволяет максимально приблизить модель in vivo к условиям человеческого организма.

В результате клетки не только не отторгались организмом грызунов, но и формировали самые ранние стадии сердечной мышцы.

"Это первый случай, когда кто-либо спроектировал клетки, которые могут быть пересажены и могут выжить у иммунокомпетентных (обладающий способностью реализовать иммунный ответ – прим.ред.) реципиентов, не вызывая иммунного ответа", – говорит Деуз.

По его мнению, новая методика решает проблему отторжения стволовых клеток и тканей, полученных из них, и представляет собой значительный прогресс в области терапии стволовыми клетками.

Специалисты признают необходимость дальнейших исследований, которые помогут создать безопасные и эффективные методы лечения людей при помощи iPSC.

Если подобное лечение оправдает себя, то медикам больше не понадобится проводить дорогостоящий процесс персонализации будущего лечения стволовыми клетками для каждого отдельного пациента.

Научная статья по итогам работы опубликована в издании Nature Biotechnology.

Добавим, что ранее авторы проекта "Вести.Наука" рассказывали о создании первого функционального пищевода из стволовых клеток.