Ученый из Института Гладстона (Gladstone Institutes) сделал два значительных открытия в области изучения и получения стволовых клеток, способных привести к прогрессу в регенеративной медицине и улучшению здоровья человека. Разработав новые подходы к использованию стволовых клеток и связанных с ними медицинских технологий, он устранил многие из серьезных препятствий на пути к пересадке стволовых клеток для замены и восстановления поврежденных органов и тканей.

Шэн Дин (Sheng Ding), PhD.
(Фото: gladstone.ucsf.edu)

В двух статьях, опубликованных в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, доктор философии Шэн Дин (Sheng Ding) сообщает о новых и более безопасных методах трансформации не только эмбриональных стволовых клеток в большое количество клеток мозга, но и взрослых клеток кожи в так называемые нейральные стволовые клетки – клетки, которые только начинают дифференцироваться в нейроны.

«Эта работа – пример того, что мы и ожидали от доктора Дина – одного из ведущих мировых специалистов в области химической биологии стволовых клеток», – оценивает полученные Дином результаты доктор медицины Дипак Шривастава (Deepak Srivastava), руководитель проводимых в Институте Гладстона исследований стволовых клеток и сердечно-сосудистых заболеваний.

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) – плюрипотентные клетки, способные дифференцироваться в любой тип клеток организма человека – открывают огромные перспективы для развития регенеративной медицины, целью которой является замена или восстановление поврежденных органов и тканей. Многие в научном сообществе считают использование стволовых клеток ключом к будущему лечению и полной победе над целым рядом заболеваний, включая те, на изучении которых сфокусировано внимание ученых из Института Гладстона – сердечно-сосудистые заболевания, диабет и болезнь Паркинсона.

В первой из двух статей доктор Дин описывает новые методы использования эмбриональных стволовых клеток для получения большого количества нейральных стволовых клеток, то есть клеток, только что вступивших на путь дифференциации и способных впоследствии развиться в различные типы клеток головного мозга. Полученные традиционными методами нейральные стволовые клетки задерживаются на этой стадии своего развития в течение очень короткого времени, поэтому из них невозможно получить достаточного количества новых клеток для практического использования в биомедицине.

Самообновляющиеся первичные нейральные стволовые клетки, полученные из человеческих
эмбриональных стволовых клеток с помощью молекулярных ингибиторов.
(Фото: UC San Diego)

В новом методе доктора Дина используется коктейль из химических веществ, которые сначала индуцируют трансформацию эмбриональных стволовых клеток в нейральные, а затем останавливают процесс их дальнейшей дифференциации. Эта возможность задержать нейральные стволовые клетки на промежуточном этапе развития имеет огромное значение для клеточной терапии и для фундаментальных биомедицинских исследований. Такие тканеспецифические клетки, уже начавшие развиваться, например, в клетки мозга или мышц, ограничены в количестве, имеют небольшую продолжительность жизни и уже неспособны дифференцироваться в абсолютно любой тип клеток организма. Но они сохраняют способность развиться в значительное количество их типов, необходимых для терапии и научных исследований.

Чтобы устранить некоторые из проблем, связанных с работой с эмбриональными стволовыми клетками, доктор Дин использует метод получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (induced pluripotent stem, iPS), разработанный доктором Шинья Яманака (Shinya Yamanaka). Так как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки получают перепрограммированием собственных клеток кожи пациента, у них есть много преимуществ перед эмбриональными стволовыми клетками. Например, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут быть идеальным средством для разработки лекарственных препаратов в рамках персонализированного подхода и для создания не отторгаемых организмом пациента трансплантатов. Не менее важно, что их использование позволяют полностью избежать этических проблем, связанных с использованием ЭСК.

Окрашенные зрелые нейроны, полученные из клеток-предшественников (нейральных стволовых
клеток), экспрессирующие нейромедиатор дофамин.
(Фото: UC San Diego School of Medicine)

В своем новаторском исследовании доктор Дин фокусируется на перепрограммировании клеток кожи в нейральные стволовые клетки, используя существующие технологии получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток – но с одним нюансом. Он не дает клеткам вернуться в состояние плюрипотентности, свойственное индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам. Вместо этого он использует еще один коктейль химических факторов, позволяющий трансформировать клетки кожи напрямую в нейральные стволовые клетки. «Невозвращение» в плюрипотентное состояние очень важно, так как позволяет избежать потенциальной опасности появления нестандартных, отклонившихся от нормы индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, способных при трансплантации развиться в раковую опухоль. Как и в случае с эмбриональными стволовыми клетками, этот метод перепрограммирования также позволяет получать гораздо большее количество клеток для исследовательских целей и регенеративной медицины.

«Эти клетки пока непригодны для трансплантации», – говорит доктор Дин. «Но наша работа устраняет некоторые из самых серьезных технических препятствий на пути к использованию эмбриональных и индуцированных стволовых клеток для создания готовых к пересадке клеток для лечения множества заболеваний».