Прямое преобразование клеток кожи в клетки мозга даёт стопроцентный результат

В потенциально важном прорыве для регенеративной медицины учёные из Массачусетского технологического института разработали способ чрезвычайно эффективного преобразования клеток кожи непосредственно в клетки мозга без необходимости сначала преобразовывать их в стволовые клетки.

Раньше для получения стволовых клеток, необходимых для лечения болезней или травм, их извлекали из эмбриональных тканей, что было неэтично. Но в 2006 году японские учёные нашли способ превращать зрелые клетки обратно в стволовые. Затем эти индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) можно заставить стать клетками любого типа, необходимого для конкретного лечения.

Однако это открытие, за которое была присуждена Нобелевская премия, не лишено недостатков. Во-первых, большая часть клеток может застревать на промежуточных стадиях, снижая эффективность метода. В первоначальном исследовании менее 0,1% клеток проходили весь путь до конца, хотя за прошедшие почти 20 лет этот показатель значительно улучшился, а некоторые методы приближаются к 100%.

Теперь учёные из Массачусетского технологического института нашли способ обойти посредника, минуя этап со стволовыми клетками и переходя сразу от одного типа клеток к другому. Более того, этот метод отличается невероятной эффективностью — более 1000%. Другими словами, на каждую исходную клетку вы получаете 10 или более целевых клеток.

«Часто одной из проблем при перепрограммировании является то, что клетки могут застревать в промежуточных состояниях, — сказала Кэти Гэллоуэй, старший автор двух статей, описывающих новую методику. — Поэтому мы используем прямое преобразование, при котором вместо промежуточных ИПСК мы переходим напрямую от соматической клетки к двигательному нейрону».

В первоначальном процессе использовался набор из четырёх генов, кодирующих белки, называемые факторами транскрипции. Упаковка этих генов в вирусные векторы и доставка их в клетки кожи превращали их в ИПСК.

В рамках нового исследования учёные экспериментировали с шестью факторами транскрипции из предыдущей работы, пробуя различные комбинации, чтобы найти наименьшее количество факторов, которые всё ещё могли быть эффективными. После долгих проб и ошибок они определили комбинацию из трёх факторов, известных как NGN2, ISL1 и LHX3, которые могли выполнять преобразование.

Простое использование этих трёх генов позволило поместить их все в один вирусный вектор, чтобы нужная дозировка достигла каждой клетки. С помощью второго вируса команда внедрила два других гена, которые заставляют клетки сначала начать размножаться.

«Если бы вы экспрессировали факторы транскрипции на очень высоком уровне в непролиферирующих клетках, то скорость перепрограммирования была бы очень низкой, но гиперпролиферирующие клетки более восприимчивы, — сказал Гэллоуэй. — Как будто они подготовлены к преобразованию, а затем становятся гораздо более восприимчивыми к уровню факторов транскрипции».

Команда исследователей протестировала этот метод, превратив клетки кожи мыши в двигательные нейроны. И, конечно же, это привело к результату более чем в 1000%. Полученные двигательные нейроны демонстрировали заметную электрическую активность и кальциевый сигнал, что указывало на их функциональность. В последующих тестах нейроны были пересажены в мозг живых мышей, где они, по-видимому, образовали связи с другими клетками мозга.

Версия этой методики была также разработана для клеток человека, хотя на данном этапе эффективность немного ниже — от 10 до 30%. Тем не менее, это лучше, чем 0,1% в оригинальной работе, и команда планирует продолжить работу над повышением эффективности.

Если это сработает, одним из первых применений может стать выращивание новых нейронов для пациентов с такими заболеваниями, как БАС, чтобы улучшить их двигательную функцию. После этого метод потенциально можно будет распространить и на другие типы клеток.

Оба исследования были опубликованы в журнале Cell Systems.

Источник: NEW ATLAS