Модель является первой, в которой вырастают как гладкие мышцы, так и внутреннюю выстилку или эндотелий, слои кровеносных сосудов из стволовых клеток, полученных из собственной кожи пациента. В сочетании с продвинутой экспериментальной установкой, которая проталкивает питательные среды, моделирующие кровь, через сконструированные кровеносные сосуды, модель показывает, что эндотелий по-разному реагирует на ток и напряжение сдвига при прогерии, чем в здоровом состоянии.
Исследование показывает, что одного больного эндотелия достаточно, чтобы вызвать симптомы прогерии, а также демонстрирует новый способ изучения кровеносных сосудов в динамических 3D-моделях, чтобы лучше понять и протестировать методы лечения серьезных заболеваний.
Результаты появятся в Интернете 6 февраля в журнале Stem Cell Reports.
«Эндотелий экспрессирует токсичный белок, который вызывает симптомы прогерии, но он делает это на гораздо более низких уровнях, чем внешний слой кровеносных сосудов, состоящих из гладких мышц», – сказала Надия Абуталеб, аспирант биомедицинской инженерии в Duke и соавтор. автор статьи. «Из-за этого вся область была сосредоточена на гладких мышцах, и те немногие, кто изучали эндотелий, в основном смотрели на него в статической 2D-культуре. Но мы обнаружили, что необходимо работать динамически в трех измерениях, чтобы увидеть все эффекты болезни."
Прогерия – ненаследственное генетическое заболевание, вызванное случайной одноточечной мутацией в геноме.
Это настолько редкое и смертоносное заболевание, что в настоящее время известно всего около 250 человек, живущих с этим заболеванием во всем мире.
Прогерия вызывается дефектом белка, называемого прогерином, который приводит к его накоплению за пределами ядра клетки, а не к тому, чтобы стать частью системы ядерной структурной поддержки.
Это приводит к тому, что ядро принимает ненормальную форму и препятствует его способности делиться. Возникающие в результате симптомы очень похожи на ускоренное старение, и пораженные пациенты обычно умирают от сердечных заболеваний, вызванных ослабленными кровеносными сосудами, в возрасте до 15 лет.
«Прогерия не считается наследственной, потому что никто не живет достаточно долго, чтобы передать ее», – сказал Джордж Траски. Юджин и Сьюзи Э. Гудсон профессор биомедицинской инженерии в Duke. "Поскольку болезнь настолько редка, трудно найти достаточно пациентов для клинических испытаний.
Мы надеемся, что наша платформа предоставит альтернативный способ тестирования множества рассматриваемых соединений."
Кровеносные сосуды сложно моделировать, потому что их стенки состоят из нескольких слоев клеток, включая эндотелий и среду.
Эндотелий – это внутренняя оболочка всех кровеносных сосудов, которая взаимодействует с циркулирующей кровью. Среда состоит в основном из гладкомышечных клеток, которые помогают контролировать поток и давление крови.
В 2017 году лаборатория Труски спроектировала первую 3D-платформу для тестирования кровеносных сосудов, выращенных из клеток кожи, взятых у пациентов с прогерией. Кровеносные сосуды проявляли многие из симптомов, наблюдаемых у людей с этим заболеванием, и реагировали так же, как и фармацевтические препараты.
«В то время как клетки гладких мышц в нашем предыдущем исследовании были созданы с использованием клеток пациентов с прогерией, эндотелиальные клетки не были», – сказал Абуталеб. «Мы подозревали, что эндотелиальные клетки могут быть ответственны за некоторые из сохраняющихся симптомов в первоначальном исследовании, поэтому мы начали работать над выращиванием кровеносных сосудов с помощью гладкомышечных и эндотелиальных клеток, полученных от одного и того же пациента."
Успешно выращивая эндотелиальные клетки, полученные от пациентов с прогерией, исследователи смогли создать более полную модель заболевания. Они также проверили уникальный вклад эндотелия в симптомы болезни, смешав поврежденный эндотелий со здоровыми гладкими мышцами.
Они обнаружили, что одного больного эндотелия было достаточно, чтобы вызвать многие симптомы прогерии, но эти результаты появились только тогда, когда клетки были протестированы в динамических условиях.
«Одним из основных открытий является то, что эндотелий прогерии реагирует на напряжения тока и сдвига иначе, чем здоровый эндотелий», – сказал Абуталеб.
Здоровые кровеносные сосуды новой модели реагировали на лекарственные препараты сильнее, чем в предыдущих работах, а больные кровеносные сосуды показали большее снижение функциональности. Имея в руках эту передовую модель, команда теперь начинает исследовать, как новые и современные лекарства от прогерии влияют на кровеносные сосуды пациента.
Это исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (R01 HL138252-01, UH3TR000505, UH3TR002142) и Национальным научным фондом (гранты GRFP № 1106401 и DGE1644868).