Результаты опубликованы 21 февраля 2018 года в Nature Communications.
Команда сообщает о клинически безопасном подходе, который последовательно перепрограммирует здоровые и связанные с заболеванием клетки кожи пациента в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) с беспрецедентной эффективностью.
С момента его первоначального открытия в 2006 году Шинья Яманака, М.D., Ph.D., Технология перепрограммирования ИПСК вызвала значительный интерес в области регенеративной медицины благодаря своему потенциалу предоставить неограниченный источник специфичных для пациента клеток, пригодных для трансплантации.
Эта технология включает перепрограммирование взрослых клеток кожи, взятых от донора, в незрелые эмбриональные стволовые клетки, подобные ИПСК. Эти ИПСК можно выращивать вне организма, подвергать генетическим манипуляциям, преобразовывать в различные типы взрослых клеток, а затем либо трансплантировать обратно тому же пациенту в качестве аутотрансплантата, либо использовать в качестве платформы для скрининга и исследований лекарств.
Несмотря на значительные достижения, современные методы перепрограммирования взрослых клеток в ИПСК крайне неэффективны и непоследовательны: менее 1 из каждых 500-1000 клеток взрослого человека становятся ИПСК.
Низкая эффективность этих протоколов в сочетании с продолжительностью культивирования увеличивает шансы накопления вредных мутаций в ИПСК, что ставит под угрозу безопасность этой технологии для клинических применений.
Чтобы решить проблему низкой эффективности перепрограммирования, команда из медицинского кампуса Университета Колорадо в Аншуце оптимизировала доставку модифицированных мРНК в клетки, кодируя несколько факторов перепрограммирования в сочетании с микроРНК, и улучшила условия культивирования клеток, чтобы усилить рост клеток, подвергающихся преобразованию в ИПСК.
«Многие группы ранее пытались повысить эффективность перепрограммирования путем выявления новых модуляторов процесса», – сказала Ганна Билоусова, Ph.D., доцент дерматологии и один из ведущих ученых исследования. «Вместо того, чтобы искать новые усилители репрограммирования, мы воспользовались универсальностью молекул РНК для контроля точных уровней факторов репрограммирования и микроРНК в клетках во время их преобразования в ИПСК. Мы были удивлены тем, как простые манипуляции со временем и дозировкой молекул РНК могут повлиять на эффективность репрограммирования."
Исследователи показали, что точная настройка условий доставки РНК и культивирования клеток резко повысила эффективность перепрограммирования и улучшила последовательность процесса для связанных с заболеванием клеток кожи.
«Инициирование перепрограммирования при пониженной плотности клеток было критическим для повышения эффективности репрограммирования в нашем исследовании», – сказал Игорь Когут, Ph.D., доцент дерматологии Центра Гейтса.
Доктор. Когут также является одним из ведущих авторов статьи. "Существует прямая корреляция между скоростью деления клеток и эффективностью перепрограммирования.
Наш оптимальный комбинаторный режим доставки РНК, который снизил токсичность протокола, позволил запустить процесс при пониженной плотности клеток, вплоть до отдельных клеток в чашках."
Сейчас цель состоит в том, чтобы перенести технологию из лаборатории в клинические испытания. Директор центра Гейтса Деннис Руп, Ph.D., который также является одним из ведущих авторов статьи, признает масштаб работы команды. Он считает, что это имеет большой потенциал для разработки новых методов лечения на основе корригирующих стволовых клеток неизлечимых в настоящее время заболеваний, таких как буллезный эпидермолиз (БЭ).
Доктор. У Руп был давний интерес к поиску постоянного лекарства от БЭ, группы наследственных кожных заболеваний, которые приводят к сильным волдырям и рубцам. БЭ поражает тысячи людей в Соединенных Штатах и во всем мире и характеризуется хроническими кожными ранами, сходными по свойствам с термическими ожогами и неотличимыми от ожогов, вызванных химическими веществами, такими как иприт.
«Не существует эффективных методов лечения БЭ, и технология ИПСК дает возможность разработать постоянную корректирующую терапию на основе стволовых клеток для лечения этих тяжелых заболеваний, вызывающих образование пузырей на коже», – сказал д-р.
Roop. «Наш прорыв в разработке высокоэффективного метода перепрограммирования, который позволяет избежать использования вирусных векторов, может позволить нам получить одобрение FDA на одно из первых клинических испытаний на основе ИПСК в США."
Чтобы ускорить внедрение в клинику методов лечения БЭ на основе ИПСК, команда CU Anschutz создала консорциум, в который входят Университет Колорадо, Стэнфордский университет (д-р. Энтони Оро) и Колумбийского университета (д-р. Анджела Кристиано).
«Консорциум EB iPS Cell» изначально поддерживался Партнерством EB Research (EBRP), EB Medical Research Foundation и Исследовательским фондом SOHANA. Совсем недавно Консорциум получил финансирование от Национального института артрита, скелетно-мышечных и кожных заболеваний в рамках Закона о лечении 21 века для инновационного проекта регенеративной медицины, а также от Калифорнийского института регенеративной медицины в качестве партнерских возможностей для проектов трансляционных исследований. Исследовательские группы в Стэнфорде и Колумбии приняли технологию перепрограммирования Университета Колорадо в качестве метода выбора для создания ИПСК для конкретных пациентов для будущих клинических испытаний и, таким образом, устанавливают стандарты для будущих методов лечения других заболеваний на основе ИПСК.
До получения вышеуказанных источников финансирования для Консорциума это исследование было поддержано дополнительным финансированием от Национального института артрита, заболеваний опорно-двигательного аппарата и кожи, Министерства обороны США, Фонда ихтиоза и родственных типов кожи, Дистрофического буллезного эпидермолиза. Международная исследовательская ассоциация (DEBRA), Фонд Влиндеркиндье Фонда короля Бодуэна, Институт синдрома Дауна Линды Крник, Фонд границ Гейтса и частные доноры.