Вчені підібралися до секрету створення невичерпних донорських клітин крові в лабораторії

Кров'яні стовбурові клітини — це маленькі дива. Вони ховаються в кожній окремій клітці і дарують їй здатність відновлювати цілу кровоносну систему, ніби в деякому роді біологічному Великому Вибуху. Але з великою силою приходить велика вразливість. Як тільки ці «майстер-клітини» виявляються скомпрометовані, як у випадку лейкемії або інших захворювань крові, можливості лікування суттєво обмежуються.

Часто єдиним шансом на виживання стає пересадка кісткового мозку. В рамках операції береться здоровий донорський кістковий мозок — багата стовбуровими клітинами крові — і перезавантажує кровоносну систему пацієнта. На жаль, як і з пересадкою органів, пошук підходящого донора сильно ускладнює весь процес.

На думку доктора Джорджа Дейлі з Гарвардської школи медицини, здоровий рідний брат дає вам шанс один до чотирьох. А незнайомець? Один на мільйон.

протягом 20 останніх років вчені намагалися знайти спосіб збільшити шанси на успіх. І ось в Nature було опубліковано кілька досліджень, з яких випливає, що вчені можуть бути «хвилююче близькі» до нескінченного джерела стовбурових клітин крові за рахунок використання власних здорових тканин пацієнта.

«Цей крок відкриває можливість брати клітини у пацієнтів з генетичними порушеннями крові, використовувати редагування генів для виправлення генетичних дефектів і створювати функціональні клітини крові без необхідності покладатися на донора», говорить доктор Ріоїчи Сугимура з Бостонської дитячої лікарні, один з авторів дослідження.

Використовуючи чарівну суміш з семи білків, званих транскрипційними факторами, команда вчених вмовила лабораторні стовбурові клітини стати первинними клітинами крові, які заповнювали всі компоненти крові.

Друге дослідження, проведене доктором Шахіном Рафием, що вивчають стовбурові клітини в Медичному коледжі Вайля Корнелла, вже безпосередньо перетворило зрілі клітини мишей в справжні кров'яні стовбурові клітини, не відрізнити від їх природних аналогів.

«Вчені вперше виконали всі умови та створили кров'яні стовбурові клітини», - говорить Мік Бхатія з Університету Макмастера, який не брав участі ні в одному з досліджень. «Це святий Грааль».

Вивчаючи кров'яні клітини

Життя стовбурової клітини крові починається зі спеціальної клітки, розташованої на стінці великої кровоносної судини — дорсальної аорти. Під керівництвом хімічних сигналів, ці клітини метаморфизуются в «незрілі», дитячі стовбурові клітини, подібно до того, як гусениці перетворюються в метеликів. Точні умови, які диктують цей процес народження, поки не ясні і є однією з причин того, чому вирощені в лабораторних умовах кров'яні стовбурові клітини було так важко зробити.

Ці дитячі кров'яні стовбурові клітини (їх ще називають гемопоэтическими стовбуровими клітинами, ГСК) поки що не мають повної можливості перезавантаження кровоносних систем. Для повного дозрівання їм потрібно навчитися відповідати на всі можливі команди в їх середовищі, подібно до того як діти осягають сенс світу.

Деякі вчені порівнюють цей процес навчання з навчанням в школі, коли різні зовнішні імпульси подібно підручниками тренують незрілі ГСК правильно відповідати організму.

Наприклад, коли вони повинні ділитися і розмножуватися? Коли повинні скидати свої «стовбурові властивості», обирати, у які клітини їм перетворюватися: в переносять кисень еритроцити або ж в білі кров'яні клітини, імунні захисники?

Довгий шлях

Обидва нові дослідження націлені на вирішення невловимих схем.

У першому дослідженні Дейлі та його команда почали з шкіри людини та інших клітин, які були перетворені назад стовбурові клітини (індуковані плюрипотентні стовбурові клітини). Хоча ИПСК теоретично можуть стати клітинами будь-якого типу, нікому раніше не вдавалося перетворити їх в стовбурові клітини крові.

«Багато людей прийшли до висновку, що цих клітин просто не існує в природі, і не можна змусити їх стати чимось іншим», говорить Бхатія.

Всі клітини в організмі мають одні і ті ж гени. Однак для будь-якої окремої клітини білки перетворюється лише певний набір генів. В ході цього процесу визначається ідентичність клітини — це клітина печінки, серця або крові.

Дейлі та команда зосередилися на сімействі транскрипційних факторів. Подібно перемикачів світла, ці білки можуть включати або відключати гени. Вивчаючи, як кровоносні судини зазвичай народжують стовбурові клітини крові, вони виявили сім факторів, які спонукали ИПСК перетворюватися в зрілі стовбурові клітини крові.

Використовуючи вірус, команда включала ці фактори в свої ИПСК і вводила трансформовані клітини в кістковий мозок мишей. Цих мишей опромінювали, щоб убити їх власні стовбурові клітини крові і звільнити місце для лабораторних.

Таким же чином Дейлі передав незрілим сигнали клітинам звичайного середовища гемопоетичних клітин. Кістковий мозок — це школа, пояснюють лікарі Кароліна Гибентиф і Бертольд Геттгенс з Кембриджського університету, які не брали участь у дослідженні.

І спрацювало. Всього за дванадцять тижнів лабораторні стовбурові клітини крові повністю дозріли у майстер-клітини, здатні створювати весь діапазон клітин, що зазвичай зустрічаються в людській крові. Більше того, коли вчені витягли ці клітини і пересадили їх другого одержувачу, ті зберегли свою силу.

«Цеважливий крок вперед в порівнянні з попередніми методами», говорить Гибентиф.

Прямий маршрут

І навпаки, друге дослідження обрала більш прямий маршрут. Рафій і його команда взяли клітини, збудовані в кровоносні судини мишей, взявши за основу той факт, що ці клітини зазвичай перетворюються в ГСК на стадії розвитку.

З набором з чотирьох транскрипційних факторів, вчені безпосередньо перепрограмували їх у зрілі стовбурові клітини крові, минаючи стадію ИПСК. Ці фактори стали пологовим будинком і дозволили стволовим клітинам крові народитися, каже Гибентиф.

Щоб виростити їх до дорослого життя, Рафій і його команда виклали клітини на ковдру підтримуючих клітин, які імітують «ясла» кровоносних судин. Під керівництвом молекулярних сигналів, секретуються цими підтримуючими клітинами, гемопоетичні клітини розмножувалися і визрівали.

Після пересадки недовго живуть мишам без функціональної імунної системи, клітини почали працювати. За 20 тижнів миші обзавелися активним імунною відповіддю при отриманні вакцини. Більше того, вони прожили 1,5 щасливих року — що еквівалентно 60 років у людей.

Нескінченна кров

Рафій особливо радий використовувати свою систему для остаточного зламу системи навчання стовбурових клітин.

Якщо б ми могли визначити фактори, які змушують стовбурові клітини ділитися і визрівати, ми могли б відкрити секрети їх довголіття і створювати повноцінні кров'яні клітини в пробірці, вважає він.

Гибентиф називає обидва експерименту «проривом, який люди намагалися здійснити довгий час».

Вона також зазначає, що обидва дослідження мають застереження. Велика — це рак. Фактори транскрипції, які перетворюють зрілі клітини в стовбурові клітини, наділяють їх здатністю до ефективного розподілу — а це фішка ракових клітин. Більш того, вірус, що використовується для введення факторів в клітку, теж може ненавмисно включати гени, що викликають рак.

проте жодна команда не виявила ознак підвищеного ризику розвитку раку крові. Гибентиф також визнає, що в майбутніх дослідженнях може використовуватися CRISPR замість факторів транскрипції для трансформації клітин в стовбурові клітини крові на вимогу, що ще більше знизить ризик.

Ці методи також мають бути ефективніше, щоб лабораторні стовбурові клітини коштували дешевше. І тоді вони будуть у повному розпорядженні людини. Правда, шлях до цього займе роки.