Выращивание новых кровеносных сосудов в лаборатории – непростая задача, но инженерная команда Джонса Хопкинса решила крупный камень преткновения: как заставить стволовые клетки стать двумя различными типами тканей, которые необходимы для создания крошечных сетей вен и артерий.
Решение этой команды подробно описано в статье, опубликованной в печатном издании журнала Cardiovascular Research за январь 2013 года. Статья также была опубликована недавно в онлайн-издании журнала. Работа важна, потому что сети новых кровеносных сосудов, собранные в лаборатории для пересадки на пациентов, могут стать благом для людей, чьи системы кровообращения были повреждены сердечными заболеваниями, диабетом и другими заболеваниями.
«Это наша долгосрочная цель – дать врачам новый инструмент для лечения пациентов с проблемами в трубопроводах, которые несут кровь через их тела», – сказала Шарон Герехт, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии, которая возглавляла исследовательскую группу. «Выяснить, как управлять этими стволовыми клетками, превращая их в важнейшие строительные блоки, чтобы сделать эти сети кровеносных сосудов важным шагом».
В новой исследовательской работе группа Gerecht сосредоточилась на сосудистых гладкомышечных клетках, которые находятся в стенках кровеносных сосудов. Были идентифицированы два типа: синтетические клетки гладкой мускулатуры, которые мигрируют через окружающую ткань, продолжают делить и помогать поддерживать новообразованные кровеносные сосуды; и сократительные гладкие мышцы, которые остаются на месте, стабилизируют рост новых кровеносных сосудов и помогают им поддерживать адекватное кровяное давление.
Для производства этих клеток гладкой мускулатуры лаборатория Герехта экспериментировала как с национальными институтами утвержденных здоровьем человеческих эмбриональных стволовых клеток, так и с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки являются взрослыми клетками, которые генетически перепрограммированы, чтобы действовать как эмбриональные стволовые клетки. Стволовые клетки используются в этом исследовании, потому что они обладают потенциалом для превращения в определенные типы клеток, необходимые конкретным органам внутри организма.
В более раннем исследовании, контролируемом Gerecht, ее команда смогла увязать стволовые клетки, чтобы стать типом ткани, которая напоминала гладкие мышечные клетки, но не совсем корректно ведет себя. В новых экспериментах исследователи пытались добавить к предыдущим клеткам различные концентрации фактора роста и сыворотки. Фактор роста – это «пища», которую потребляют клетки; сыворотка представляет собой жидкий компонент, который содержит клетки крови.
«Когда мы добавили больше фактора роста и сыворотки, стволовые клетки превратились в синтетические клетки гладкой мускулатуры», – сказал Герехт. «Когда мы предоставили гораздо меньшее количество этих материалов, они стали сократительными клетками гладких мышц».
Эта способность контролировать тип гладких мышечных клеток, сформированных в лаборатории, может иметь решающее значение для развития новых сетей кровеносных сосудов, сказала она. «Когда мы строим трубопровод для переноса крови, вам нужны сократительные камеры, чтобы обеспечить структуру и стабильность», – добавила она. «Но при работе с очень маленькими кровеносными сосудами мигрирующие синтетические клетки могут быть более полезными».
При раке образуются небольшие кровеносные сосуды для питания растущей опухоли. Текущая работа также может помочь исследователям понять, как кровеносные сосуды стабилизируются в опухолях, которые могут быть полезны при лечении рака.
«Нам еще предстоит сделать гораздо больше исследований, прежде чем мы сможем построить в лаборатории полные новые сети кровеносных сосудов, – сказал Герехт, – но наш прогресс в контроле над судьбой этих стволовых клеток, по-видимому, является большим шагом в правильном направлении. »