Российские ученые нашли новый способ получать клетки сердца из стволовых

Исследователи МФТИ, Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского и Национального медицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина (Новосибирск) разработали новый метод получения мышечных клеток сердца из мезенхимальных стволовых клеток. Это открывает новые перспективы для исследований в области регенеративной медицины. Научная статья вышла в Biomedicines, сообщает Минобрнауки.

Одно из самых передовых направлений в медицине — регенеративная терапия. Ее цель — восстановление поврежденной или пораженной заболеванием ткани с помощью трансплантации или использования стволовых клеток, которые способны превращаться во многие другие типы клеток. Попав в пострадавший орган или ткань, стволовые клетки заменяют собой погибшие. По происхождению они могут быть, например, эмбриональными, фетальными (полученные из зародыша) или индуцированными плюрипотентными (iPSC). Последние получают из других клеток путем их «перепрограммирования». Обычно это сложный и дорогой процесс, однако новая работа российских ученых показала более эффективную и доступную альтернативу.

Клетки костного мозга направили по «сердечному» пути

Авторы использовали для получения кардиомиоцитов мезенхимальные стволовые клетки — те, которые обычно превращаются в костную, хрящевую или жировую ткань. В рамках исследования мезенхимальные стволовые клетки получали из образцов красного костного мозга пациентов. Это кроветворный орган, где постоянно образуются все новые клетки крови. Его пробы массой 1–2 грамма извлекли во время операций на открытом сердце, сразу после вскрытия грудной клетки пациента.

Далее из образцов выделяли стволовые клетки, которые помещали в среду культивирования, где до того находились кардиомиоциты, полученные из других стволовых клеток по обычному протоколу. Оба типа клеток росли в общей среде и их кальциевые колебания синхронизировались.

Это значит, что уровень кальция внутри клеток начал меняться в одном ритме. Для клеток сердечной мышцы кальций особенно важен: периодическое повышение концентрации ионов кальция внутри клетки запускает ее сокращение, а снижение — расслабление. Такие повторяющиеся изменения называют кальциевыми колебаниями или кальциевыми всплесками. Если колебания синхронизировались, значит клетки начинали давать эти кальциевые всплески примерно одновременно, то есть вести себя согласованно, как клетки сердечной ткани.

Мезенхимальные стволовые клетки проходили превращение по нужному пути, но не полностью его завершили.

Тем не менее, биофизики считают, что на фоне синхронизированной активности новых клеток с кардиомиоцитами они вполне подходят для «ремонта» тканей и могут стать ценным инструментом для исследований.

Путь к персонализированной медицине

«Мы разработали подход, позволяющий направленно превращать мезенхимальные стволовые клетки костного мозга пациента в кардиомиоцитоподобные клетки с помощью сигнальных молекул, выделяемых iPSC-производными кардиомиоцитами. В ходе работы показано, что такие клетки приобретают структурные и функциональные признаки сердечной ткани, включая поперечную исчерченность, кальциевые колебания и электрическую активность. Мы считаем, что технология открывает возможности для создания персонализированных моделей сердечных заболеваний, фармакологического тестирования и дальнейшего развития регенеративных подходов после повреждения миокарда», — рассказала один из авторов работы, инженер-исследователь лаборатории экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ Вероника Литвиненко.

Соответствие полученных из красного костного мозга клеток сердечным подтвердили различными специальными тестами.

Авторы отмечают, что новый протокол «параллельной дифференциации» устраняет необходимость в процессе создания подстраивания под конкретного пациента, ведь новые клетки получают на основе его собственных. По сравнению с имеющимися альтернативами, новый метод проще и эффективнее. Не нужны ни дорогая генная инженерия, ни сложные коктейли из химических веществ.

Метод подходит для наработки близких по свойствам к кардиомиоцитам клеток, необходимых при моделировании заболеваний сердца, для фармакологического тестирования новых лекарств, а в будущем, возможно, также для использования в регенеративной медицине.