Ученые из области медицины Джона Хопкинса говорят, что они успешно вернули биологические руки времени, уговаривая взрослые человеческие клетки в лаборатории, чтобы вернуться в примитивное состояние, и открывая их потенциал для замены и восстановления повреждений кровеносных сосудов в сетчатке, вызванных диабет. Они утверждают, что результаты этого экспериментального исследования продвигают методы регенеративной медицины, направленные на то, чтобы обратить вспять течение диабетической ретинопатии и других слепых заболеваний глаз.

Результаты нашего исследования приближают нас к более широкому использованию стволовых клеток в регенеративной медицине, без исторических проблем, с которыми столкнулась наша область, чтобы заставить такие клетки дифференцироваться и избежать раковых заболеваний ».

Элиас Замбидис, доктор медицинских наук, доктор философии, доцент онкологии в Онкологическом центре им. Джона Хопкинса Киммеля и член Института клеточной инженерии Джона Хопкинса

Результаты экспериментов с использованием клеток человека и мышей были опубликованы онлайн 5 марта в Nature Communications .

По данным Национального института глаз, диабетическая ретинопатия является основной причиной слепоты у взрослых в США. К 2050 году, по оценкам исследователей, около 14,6 миллионов американцев будут иметь такое состояние, которое приведет к аномальному росту кровеносных сосудов в сетчатке, где свет превращается в зрение.

Для исследования ученые начали свои эксперименты с фибробластом – клеткой соединительной ткани – взятой у человека с диабетом 1 типа. Перепрограммированные фибробласты функционируют как «стволовые» клетки, способные давать начало всем тканям организма, включая кровеносные сосуды.

Команда Джона Хопкинса, в том числе научный сотрудник Tea Soon Park, Ph.D., перепрограммировала стволовые клетки фибробластов, чтобы они вернулись в состояние, которое даже более примитивно, чем у обычных индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток – больше похоже на состояние эмбриональных клеток примерно через шесть дней после оплодотворения. Это когда клетки являются наиболее «наивными» или более способными развиваться в любой специализированный тип клеток с гораздо более высокой эффективностью, чем обычные индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки.

Для этого ученые купают клетки в коктейле из питательных веществ и химикатов. То, что должно пойти в коктейль, чтобы построить лучшую наивную стволовую клетку, было предметом обсуждения в течение последнего десятилетия.

Команда Замбидиса использовала коктейльную смесь из двух препаратов, которые другие ученые ранее использовали для перепрограммирования стволовых клеток: ингибитор GSK3β CHIR99021, который блокирует накопление углеводов в клетках, и ингибитор MEK PD0325901, экспериментальный противораковый препарат, который может блокировать раковые клетки рост. Команда также изучила потенциал третьего препарата, ингибитора PARP – популярного противоопухолевого препарата, используемого для лечения различных видов рака, включая рак яичников и молочной железы.

К удивлению исследователей, говорит Замбидис, трифекты ингибиторов MEK, GSK3β и PARP работали, чтобы свернуть биологические часы клеток. Он называет коктейль 3i, названный в честь трех ингибиторов. Команда Замбидиса впервые сообщила об экспериментах с использованием коктейля из трех препаратов в 2016 году.

Для нового исследования исследовательская группа отслеживала молекулярный профиль перепрограммированных стволовых клеток, включая измерения белков, таких как NANOG, NR5A2, DPPA3 и E-кадгерин, которые управляют дифференцировкой клеток. Этот профиль выглядел сходным с таковым, обнаруженным в так называемых наивных эпибластных клетках, примитивных клетках, составляющих примерно шестидневный эмбрион человека.

Ученые также обнаружили, что стволовые клетки, перепрограммированные с помощью коктейля 3i, не имели аномальных изменений в факторах, которые могут изменять ДНК ядра, называемых эпигенетикой, которые обычно изводят другие лабораторные версии наивных стволовых клеток.

Наконец, исследовательская группа ввела клетки, называемые сосудистыми предшественниками, которые были сделаны из наивных стволовых клеток и способны образовывать новые кровеносные сосуды, в глаза мышей, которых разводили, чтобы иметь форму диабетической ретинопатии, которая возникает в результате закрытия кровеносных сосудов. в сетчатке. Они обнаружили, что наивные сосудистые предшественники мигрировали в самый внутренний слой ткани сетчатки, который окружает глаз, с более высокой эффективностью, чем сообщалось для сосудистых клеток, полученных с помощью традиционных подходов стволовых клеток. Там укоренились наивные сосудистые клетки, и большинство выжило в сетчатке в течение четырехнедельного исследования.

«Интересно, что коктейль 3i« наивное репрограммирование », по-видимому, стирал связанные с болезнью эпигенетики в донорских клетках и возвращал их к здоровому, первозданному состоянию без диабета стволовых клеток», – говорит Замбидис.

Для сравнения, команда перепрограммировала диабетические фибробласты на не наивные стволовые клетки, используя стандартные методы, и полученные сосудистые клетки-предшественники не смогли проникнуть так глубоко в сетчатку или пережить продолжительность исследования.

Замбидис, Пак и другие члены исследовательской группы говорят, что необходимы дополнительные эксперименты, чтобы улучшить коктейль 3i и изучить регенеративную способность стволовых клеток, которые они выращивают из коктейля.