Японские исследователи разработали лабораторный способ получения клеток, похожих на эритроциты собак. Пока они недостаточно зрелые и не подходят для переливания крови, однако работа создаёт основу для будущего производства ветеринарных препаратов крови без постоянного привлечения собак-доноров.
Исследование провела группа под руководством Синго Хатои (Shingo Hatoya) из Осакского столичного университета (Osaka Metropolitan University). Результаты опубликованы в журнале Stem Cells Translational Medicine.
Почему собакам трудно подобрать донорскую кровь
Переливание крови может потребоваться собаке после травмы, операции, тяжёлого кровотечения, отравления или при заболевании, сопровождающемся разрушением эритроцитов.
Эритроциты — красные клетки крови, которые переносят кислород из лёгких к тканям. Эту функцию выполняет содержащийся в них гемоглобин.
В медицине человека существуют крупные системы донорства и банки крови, хотя и они регулярно сталкиваются с нехваткой запасов. В ветеринарии подобная инфраструктура развита значительно слабее. Поэтому кровь для собак обычно получают непосредственно от здоровых животных-доноров.
Дополнительная сложность связана с группами крови. Как и люди, собаки имеют разные антигены — молекулярные метки на поверхности эритроцитов. Несовместимая кровь может вызвать иммунную реакцию, поэтому перед переливанием необходимо тщательно подбирать донора и проводить лабораторные пробы.
Возможность выращивать эритроциты в лаборатории потенциально могла бы сделать запасы крови более доступными и стандартизированными.
Клетки вернули в раннее состояние
Учёные использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК; induced pluripotent stem cells, iPSCs) собак.
Такие клетки получают из уже сформированных клеток организма, которые с помощью специальных молекулярных воздействий возвращают в состояние, похожее на ранние клетки эмбриона. После этого их можно направлять по разным путям развития — например, превращать в нервные, мышечные или кроветворные клетки.
Исследователи применили линии собачьих иПСК, созданные ранее совместно с компанией TOKIWA-Bio Inc.
Главная задача заключалась в том, чтобы подобрать условия, при которых клетки начнут повторять естественные этапы кроветворения и постепенно приобретать свойства эритроцитов.
Как выращивали клетки крови
Сначала индуцированные плюрипотентные стволовые клетки выращивали в виде трёхмерных скоплений. Затем в питательную среду добавляли вещества, направляющие их развитие по кроветворному пути.
В процессе появились клетки-предшественники — незрелые клетки, способные дать начало разным клеткам крови.
Часть из них продолжила развитие и приобрела признаки эритроидных клеток, то есть клеток, из которых образуются зрелые эритроциты. Они начали вырабатывать гемоглобин — белок, необходимый для переноса кислорода.
Это подтвердило, что исследователям удалось хотя бы частично воспроизвести в лаборатории естественный процесс образования красных клеток крови у собак.
Светящаяся метка помогла следить за созреванием
Для наблюдения за развитием клеток учёные использовали систему редактирования генома CRISPR-Cas9.
Эта технология позволяет находить определённый участок наследственного материала и вносить в него заданное изменение. Исследователи настроили систему на ген гликофорина А (GYPA).
Гликофорин А — белок на поверхности эритроцитов, который используют как показатель развития клеток по эритроидному пути.
Учёные создали линию собачьих иПСК, в которой при включении гена GYPA начинал вырабатываться зелёный светящийся белок. Благодаря этому клетки, приобретавшие свойства эритроцитов, можно было видеть под специальным микроскопом и отслеживать в реальном времени.
После оптимизации условий выращивания гликофорин А вырабатывали более 96% исследованных клеток.
Этот результат показывает, что разработанная система достаточно эффективно направляла клетки по нужному пути. Однако наличие одного маркера ещё не означает, что получились полноценные эритроциты.
Главным препятствием осталось клеточное ядро
Зрелые эритроциты млекопитающих отличаются от большинства клеток организма тем, что не имеют ядра.
Удаление ядра, или энуклеация, освобождает больше пространства для гемоглобина и помогает эритроциту принимать гибкую двояковогнутую форму. Благодаря этому клетка может проходить через очень узкие кровеносные сосуды.
В новом исследовании ядро потеряли только около 3% полученных клеток. Большинство осталось незрелым.
По словам Синго Хатои (Shingo Hatoya), созданные клетки пока нельзя использовать для переливания. Следующим этапом станет поиск условий, которые позволят значительно увеличить долю полностью созревших безъядерных эритроцитов.
Учёным также предстоит проверить, насколько долго такие клетки живут, правильно ли связывают и отдают кислород и не вызывают ли нежелательную иммунную реакцию.
Почему высокий уровень GYPA ещё не означает готовность к переливанию
Показатель в 96% может выглядеть как почти полная эффективность, но он отражает только наличие гликофорина А.
Для клинического применения клетки должны соответствовать значительно большему числу требований. Они должны:
- полностью созреть и потерять ядро;
- содержать достаточное количество гемоглобина;
- сохранять правильную форму и гибкость;
- выдерживать хранение и транспортировку;
- долго циркулировать в крови;
- не вызывать воспаление или иммунное отторжение;
- быть свободными от недифференцированных стволовых клеток.
Последний пункт особенно важен. Оставшиеся незрелые плюрипотентные клетки способны бесконтрольно делиться, поэтому их необходимо полностью удалять из будущего препарата.
В новой работе безопасность переливания и поведение полученных клеток в организме собаки не изучали.
Разные клеточные линии могут вести себя неодинаково
Авторы также планируют разобраться, почему эффективность созревания различается между линиями индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Даже если клетки получены одним способом, их способность превращаться в эритроциты может зависеть от животного-донора, исходного типа клеток и особенностей перепрограммирования.
Для производства препарата крови потребуется воспроизводимый процесс, при котором разные партии клеток дают сходный результат. Иначе будет сложно гарантировать одинаковые свойства и безопасность продукта.
Исследователям также необходимо учитывать группы крови собак. Теоретически редактирование генома может помочь создавать клетки с заранее определённым набором поверхностных антигенов, но в представленной работе такую задачу не решали.
Что исследование может дать ветеринарии
В долгосрочной перспективе выращенные эритроциты могли бы уменьшить зависимость ветеринарных клиник от донорских животных.
Технология потенциально позволит создавать запас клеток определённой группы крови и быстрее предоставлять их при экстренных операциях или массовом поступлении пострадавших животных.
Лабораторные эритроциты также можно применять при исследовании наследственных болезней крови, лекарственных препаратов и инфекций, поражающих клетки крови собак.
Однако до практического использования предстоит пройти длительный путь. Необходимо добиться полноценного созревания клеток, проверить их на животных и разработать способ крупномасштабного производства.
Почему работа интересна для медицины человека
Собаки имеют ряд физиологических и спонтанно возникающих заболеваний, похожих на человеческие. Поэтому ветеринарные исследования иногда помогают оценивать технологии, которые впоследствии могут найти применение в медицине человека.
Создание собачьих эритроцитов из иПСК может стать моделью для совершенствования методов лабораторного производства компонентов крови. Исследователи смогут сравнивать, какие сигналы управляют созреванием клеток у разных видов и почему удаление ядра остаётся малоэффективным.
Тем не менее результаты нельзя напрямую переносить на человека. Собачьи и человеческие клетки отличаются, а препараты крови для людей проходят отдельные этапы проверки безопасности и эффективности.
Чтобы лучше понять естественную среду, в которой развиваются клетки крови, можно прочитать материал о том, как мегакариоциты влияют на движение кроветворных клеток в костном мозге.
Литература
Kimura K. et al. Red blood cell differentiation using canine-induced pluripotent stem cells // Stem Cells Translational Medicine. – 2026. – Vol. 15, No. 8. – Art. szag058. – DOI: 10.1093/stcltm/szag058.