Ученые из Немецкого онкологического исследовательского центра (DKFZ) и института стволовых клеток HI-STEM в Гейдельберге впервые смогли напрямую перепрограммировать клетки крови человека в ранее неизвестный тип нервных стволовых клеток. Эти индуцированные стволовые клетки похожи на те, которые появляются во время раннего эмбрионального развития центральной нервной системы. Они могут быть модифицированы и размножены на неопределенное время в чашке для культивирования и могут представлять собой важную основу в регенеративной терапии.

Серьезный прорыв в исследованиях стволовых клеток

В наших тканях стволовые клетки считаются универсальными: они могут неограниченно долго размножаться, а если они являются плюрипотентными эмбриональными стволовыми клетками — могут превратиться в любой тип клеток. В 2006 году японский ученый Шинья Яманака (Shinya Yamanaka) обнаружил, что такие клетки также могут быть получены в лаборатории — из зрелых клеток организма. Достаточно 4 генетических факторов, чтобы повернуть вспять ход развития и произвести так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), которые обладают свойствами идентичными эмбриональным стволовым клеткам. Яманака был удостоен Нобелевской премии по медицине в 2012 году за это открытие.

«Это был серьезный прорыв в исследованиях стволовых клеток», — сказал Андреас Трампп (Andreas Trumpp), сотрудник Немецкого центра исследования рака (DKFZ) и директор HI-STEM в Гейдельберге.

Это относится, в частности, к исследованиям в Германии, где создание человеческих эмбриональных стволовых клеток законом не разрешено. Стволовые клетки обладают огромным потенциалом как для фундаментальных исследований, так и для разработки регенеративной терапии, направленной на восстановление поврежденной ткани у пациентов. Однако перепрограммирование также связано с рядом проблем: например, плюрипотентные клетки могут образовывать опухоли зародышевой линии, так называемые тератомы. Другой момент — это нельзя полностью повернуть вспять ход развития.

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Cell Stem Cell.

Результаты научной работы

Впервые группе ученых удалось перепрограммировать зрелые человеческие клетки таким образом, чтобы получить определенный тип индуцированных нервных стволовых клеток, которые могут размножаться почти бесконечно.

«Мы использовали 4 генетических фактора, тех, которые использовал Яманака, но разные для нашего перепрограммирования», — объясняет Марк Кристиан Тьер (Marc Christian Thier), автор исследования. «Мы предполагали, что наши факторы помогут перепрограммировать стволовые клетки на раннюю стадию развития нервной системы».

Ранее другие исследовательские группы также перепрограммировали клетки соединительной ткани в зрелые нервные клетки или нервные клетки-предшественники. Однако эти искусственно созданные нервные клетки зачастую не могут быть расширены и поэтому вряд ли могут быть использованы в терапевтических целях.

«Зачастую это была гетерогенная смесь различных типов клеток, которые не могли существовать в организме в физиологических условиях», — объяснил Андреас Трампп.

Ученым удалось перепрограммировать различные клетки человека: клетки соединительной ткани кожи или поджелудочной железы, а также клетки периферической крови.  

«Происхождение клеток не влияло на свойства стволовых клеток», — сказал Тьер.

В частности, возможность извлечения нервных стволовых клеток из крови пациентов без инвазивного вмешательства является решающим преимуществом для будущих терапевтических подходов.

Что особенного в перепрограммируемых клетках исследователей Гейдельберга, так это то, что они представляют собой гомогенный тип клеток, который напоминает стадию нервных стволовых клеток, встречающиеся во время эмбрионального развития нервной системы.

«Соответствующие клетки существуют у мышей и, вероятно, также у людей во время раннего эмбрионального развития мозга», — сказал Тьер. «Мы описали здесь новый тип нервных стволовых клеток у эмбрионов млекопитающих».

Эти так называемые «индуцированные пограничные стволовые клетки нервной пластинки» (iNBSC) обладают широким потенциалом развития. INBSC являются мультипотентными и могут развиваться в двух разных направлениях. С одной стороны, они могут пройти путь развития к зрелым нервным клеткам и их клеткам-поставщикам, глиальным клеткам, то есть стать клетками центральной нервной системы. С другой стороны, они также могут развиваться в клетки нервного гребня, из которых развиваются различные типы клеток, например, периферические чувствительные нервные клетки или клетки хряща и костей черепа.

Таким образом, iNBSC образуют идеальную основу для создания широкого диапазона различных типов клеток для отдельного пациента.

«Эти клетки имеют тот же генетический материал, что и донор, и, следовательно, предположительно распознаются иммунной системой как «свои» и не отторгаются», — объясняет Тьер.

“Как показали ученые в своих экспериментах, ножницы CRISPR / Cas9 можно использовать для модификации iNBSC или исправления генетических дефектов. Поэтому они представляют интерес как для фундаментальных исследований, так и для поиска новых активных веществ, а также для разработки регенеративной терапии, например, у пациентов с заболеваниями нервной системы. Однако пока мы не сможем использовать их на пациентах, так как ещё предстоит еще много исследований», — подчеркивает Трампп.

Авторы другого исследования утверждают, что стволовые клетки помогут в лечении спинно-мозговых дисфункций.