Исследователи из Института сердца в Лиллехей Университета Миннесоты объединили генетический ремонт с клеточным перепрограммированием для создания стволовых клеток, способных к регенерации мышц в модели мыши для мышечной дистрофии Дюшенна (DMD).
Исследование, которое обеспечивает доказательство принципа для возможности объединения индуцированных технологий плюрипотентных стволовых клеток и генетической коррекции для лечения мышечной дистрофии, может стать важным шагом вперед в аутологичных клеточных методах лечения МДД и подобных условиях и должно проложить путь для тестирования подхода в перепрограммированных человеческих плюрипотентных клетках у пациентов с мышечной дистрофией.
Исследование опубликовано в Nature Communications.
Чтобы достичь значимой, эффективной терапии мышечной дистрофии в модели мыши, исследователи из Университета Миннесоты объединили три новаторских технологии.
Во-первых, исследователи перепрограммировали клетки кожи в «плюрипотентные» клетки – клетки, способные дифференцироваться в любой из зрелых типов клеток в организме. Исследователи создали плюрипотентные клетки кожи кошек, которые переносят мутации в генах дистрофина и utrophin, заставляя мышей развиться тяжелый случай мышечной дистрофии, подобно типу, наблюдаемому у пациентов с МДД человека. Это обеспечило платформу, которая бы имитировала то, что теоретически произойдет в человеческих моделях.
Вторая используемая технология – инструмент для генетической коррекции, разработанный в Университете Миннесоты: Transposon Sleeping Beauty, фрагмент ДНК, который может прыгать в человеческий геном, неся полезные гены вместе с ним. Исследователи Института сердца Лиллехея использовали Sleeping Beauty для доставки гена, называемого «микро-utrophin», в плюрипотентные клетки, которые они пытались дифференцировать.
Подобно дистрофину, человеческий микроутрофин может поддерживать мышечную силу волокна и предотвращать повреждение мышечного волокна по всему телу. Но одно ключевое различие между ними заключается в том, как каждый воспринимается иммунной системой. Поскольку дистрофин отсутствует у пациентов с мышечной дистрофией, его присутствие может спровоцировать разрушительную реакцию иммунной системы. Но у тех же пациентов утрофин активен и функциональен, делая его по существу «невидимым» для иммунной системы. Эта невидимость позволяет микроутрофину заменить дистрофин и продвигать процесс сборки и восстановления мышечного волокна в организме.
Третья используемая технология представляет собой метод получения стволовых клеток скелетных мышц из плюрипотентных клеток – процесс, разработанный в лаборатории Риты Перлингейро, доктора философии, главного исследователя последнего исследования.
Технология Perlingeiro включает в себя предоставление плюрипотентным клеткам короткого импульса белка мышечной стволовой клетки под названием Pax3. Белок Pax3 толкает плюрипотентные клетки, чтобы стать мышечными стволовыми клетками, и позволяет им экспоненциально расширяться. Затем индуцированные Pax3 мышечные стволовые клетки пересаживали обратно в тот же штамм мышей с мышечной дистрофией, из которых первоначально были получены плюрипотентные стволовые клетки.
Комбинированные платформы создали мышечно-генерирующие стволовые клетки, которые не были бы отвергнуты иммунной системой организма. По словам Перлингейро, трансплантированные клетки хорошо действовали у дистрофических мышей, производя функциональные мышцы и реагируя на повреждение мышечного волокна.
«Мы с удовольствием обнаружили, что новообразованные миофибры выражают маркеры коррекции, в том числе утрофин», – сказал Перлингейро, ученый из Лиллехея в Институте сердца Лиллехея и доцент в Медицинской школе Миннесотского университета. «Однако очень важный вопрос после трансплантации заключается в том, что эти скорректированные клетки будут самообновляться и продуцируют новые мышечные стволовые клетки в дополнение к новым мышечным волокнам».
Повреждая пересаженную мышцу и наблюдая за ее самовосстановлением, исследователи продемонстрировали, что пересадки клеток наделяли мышей-реципиентов полностью функциональными мышечными стволовыми клетками.
Этот последний проект из U of M обеспечивает доказательство принципа для возможности объединения индуцированной плюрипотентной технологии стволовых клеток и генетической коррекции для лечения мышечной дистрофии.
«Использование исправленных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для нацеливания на это специфическое генетическое заболевание оказалось эффективным в восстановлении функции», – сказал Антонио Филарето, кандидат наук, докторант в лаборатории Перлингейро и ведущий автор исследования. «Это очень захватывающие времена для исследований в области мышечной дистрофической терапии».
Эти исследования прокладывают путь для тестирования этого подхода в перепрограммированных человеческих плюрипотентных клетках у пациентов с мышечной дистрофией.
Согласно Perlingeiro, «Разработка методов генетического восстановления мышечной дистрофии в клетках человека и демонстрация эффективности мышц, полученных из этих клеток, являются важными ближайшими вехами как для поля, так и для нашей лаборатории. Тестирование на животных моделях имеет важное значение для разработки эффективных технологий, но мы по-прежнему сосредоточены на использовании этих технологий в клетках человека и создании условий для испытаний у пациентов с людьми ».