Восстановление сердечной мышцы после месяца терапии внеклеточными везикулами. Иммунные метки: агглютинин (красный), тропонин (зеленый) и DAPI (голубой)
Исследователи Колумбийского университета, работающие под руководством профессора Горданы Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic), разработали инновационную методику применения внеклеточных везикул, секретируемых кардиомиоцитами, полученными из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, для регенерации повреждений сердечной мышцы.
Заболевания сердца являются одной из самых важных проблем для здравоохранения и занимают первое место среди причин смертности во всем мире. Человеческое сердце не способно к самостоятельной регенерации повреждений, и гибель клеток сердечной мышцы – кардиомиоцитов – необратимо ослабляет сердце и ограничивает его способность к перекачиванию крови по организму.
На протяжении достаточно продолжительного времени исследователи активно работали над методами трансплантации стволовых клеток для замещения погибших кардиомиоцитов и восстановления сердечной функции, однако эксперименты продемонстрировали низкую выживаемость имплантируемых клеток и их неспособность дифференцироваться в кардиомиоциты. Предимплантационная дифференцировка стволовых клеток в кардиомиоциты обеспечивала улучшение сердечной функции, однако сопровождалась развитием осложнений: сокращение имплантированных клеток не синхронизировалось с сокращениями сердца, что приводило к потенциально летальным аритмиям.
Взяв за основу подтвержденную результатами множества клинических исследований гипотезу, согласно которой бОльшая часть имплантируемых стволовых клеток выводится из организма в течение нескольких часов после введения, но при этом оказывает положительный эффект за счет высвобождения регуляторных молекул, авторы предложили использовать для восстановления повреждений сердечной мускулатуры не сами кардиомиоциты, а секретируемые ими внеклеточные везикулы.
Практически все клетки организма секретируют и поглощают везикулы – мембранные пузырьки, наполненные различными молекулами, оказывающими влияние на поглощающие их клетки. По сути везикулы являются своего рода «посылками», которыми обмениваются между собой не только расположенные в непосредственной близости, но и удаленные друг от друга клетки. Секретируемые клетками везикулы легко выделяются из культивационной среды и в замороженном виде могут храниться на протяжении длительного времени.
Такой готовый «медицинский продукт» имеет целый ряд преимуществ перед препаратами из живых клеток:
- его можно использовать для оказания неотложной помощи, в отличие от живых клеток, для выделения и культивирования которых может потребоваться не один месяц;
- он не вызывает развития аритмии и
- механизм его внедрения в клиническую практику гораздо проще механизма внедрения методов клеточной терапии.
Для проверки своей гипотезы авторы получили кардиомиоциты из человеческих взрослых стволовых клеток и культивировали их достаточно долго для того, чтобы клетки секретировали большое количество внеклеточных везикул. Для сравнения они использовали везикулы, секретированные недифференцированными стволовыми клетками. Результаты, полученные с помощью метода секвенирования последнего поколения, показали, что только везикулы дифференцированных кардиомиоцитов содержали кардиогенные и васкулогенные (способствующие росту кровеносных сосудов) микроРНК, являющиеся мощными регуляторными молекулами.
Такие везикулы поместили внутрь коллагеновых капсул, обеспечивающих их медленное высвобождение на протяжении четырех недель, которые имплантировали в поврежденные участки сердца крысиной модели инфаркта миокарда. После этого исследователи провели мониторинг работы сердца животных, регистрируя показатели насосной функции сердца и любые аритмические проявления.
Полученные наблюдения показали, что, по сравнению с имплантацией живых клеток, введение внеклеточных везикул не только гораздо реже вызывало развитие аритмии, но и обеспечивало более эффективное восстановление сердечной функции. Фактически после 4-недельной терапии везикулами сердечная функция животных экспериментальной группы была сопоставима с сердечной функцией крыс группы контроля.
В ближайшем будущем авторы планируют изучить изменения свойств внеклеточных везикул по мере созревания кардиомиоцитов, получаемых из плюрипотентных стволовых клеток, и определить оптимальную для клинического применения степень их зрелости. Помимо этого они занимаются изучением специфичных механизмов, обеспечиваемых зарегистрированные при проведении исследования терапевтические эффекты.
04.05.2018 Источники: vechnayamolodost.ru по материалам Columbia University: New Cell Therapy Aids Heart Recovery—Without Implanting Cells.
Статья Bohao Liu et al. Cardiac recovery via extended cell-free delivery of extracellular vesicles secreted by cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
