Как да превърнете капка кръв в универсална клетка: Революционни химикали за стволови клетки

Доскоро превръщането на възрастна клетка в плурипотентна клетка (способна да се превърне във всякакъв вид тъкан) изискваше въвеждането на „фактори Яманака“ в нея с помощта на вируси или ДНК плазмиди. Сега изследователи от САЩ, Япония и Франция, водени от д-р Фън Пенг, демонстрираха, че само набор от малки органични молекули е достатъчен, за да препрограмира човешки периферни кръвни клетки в химически индуцирани плурипотентни стволови (hCiPS) клетки. Изследването е публикувано в списание Cell Stem Cell.

Защо това е важно?

• Безопасност. Липсата на вирусни вектори и чужди гени намалява риска от мутации и имунно отхвърляне.
• Универсалност: Кръвта е достъпен източник: няма нужда от вземане на биопсии на кожа или други тъкани.
• Скорост. Само 12-14 дни вместо няколко седмици или месеца, както при класическия метод.
• Преводимост. Химикалите са лесни за стандартизиране и производство съгласно стандартите за добра производствена практика (GMP).

Двуетапен протокол за химическо хакерство

1. Степен на висока пластичност (пластично състояние).

   • Кръвните клетки (мононуклеарни клетки) се култивират в среда с шест малки молекули (да ги наречем TNT комплекс). Сред тях:

     • Инхибитори на GSK3β и MEK,

     • Wnt сигнални модулатори,

     • HDAC инхибитори,

     • Специфични SIRT1 агонисти.

   • След 6–8 дни клетките губят своите „кръвни“ маркери и придобиват свойствата на високопластичен епител, готов да активира плурипотентни гени.

2. Етапът на консолидиране на плурипотентност.

   • Добавят се две допълнителни молекули, които стимулират ендогенното активиране на гените OCT4, SOX2 и NANOG, ключовите „главни регулатори“ на плурипотентността.

   • През следващите 4–6 дни се формират стабилни колонии от hCiPS клетки със стволово-клетъчна морфология и експресия на маркери TRA-1-60 и SSEA-4.

Какво получиха учените?

• Ефективност: до 0,1% от оригиналните кръвни клетки образуват пълноценни hCiPS колонии - сравнимо с традиционните вирусни методи.
• Функционалност: hCiPS клетките са способни да се трансформират във всичките три ембрионални зародишни слоя: неврони, кардиомиоцити, чернодробни клетки, панкреатични β-клетки и др.
• Няма остатъчни „химически отпечатъци“: дълбокото секвениране не разкрива интеграция на екзогенна ДНК и епигенетично състояние, близко до ембрионални стволови клетки.

Перспективи за медицината

1. Хематопоетична регенерация. Автоложните hCiPS клетки могат да бъдат пренасочени обратно в хематопоетичната линия, възстановявайки десетки типове имунни и кръвни клетки при левкемии и имунодефицити.
2. Органоиди и трансплантация. Мини-сърца, черен дроб или панкреас, отгледани в лаборатория от hCiPS клетки, ще служат като модел на заболявания и източник за трансплантация без риск от отхвърляне.
3. Тестване за лекарства. Персонализираните модели на заболявания, базирани на hCiPS, ще позволят да се „възпроизведе“ заболяването от кръвна проба и да се избере оптималната терапия.
4. Козметична и невродегенеративна медицина. Насочената диференциация на hCiPS клетки в дермални стволови и невронни системи предлага нови подходи за лечение на псориазис, болестта на Алцхаймер и Паркинсон.

Какво следва?

• Подобряване на ефективността. Оптимизиране на състава на малките молекули и условията на култивиране, увеличаване на добива на hCiPS колонии.
• Безопасност и дългосрочно проследяване. Тестване за геномна стабилност и липса на злокачествена трансформация in vivo.
• Клинични изпитвания. Фаза I/II с оценка на безопасността и бионаличността на hCiPS продукти при лечение на тежки кръвни заболявания и кардиомиопатии.

„Пълното химическо рестартиране на кода на стволовите кръвни клетки е истински пробив, отварящ вратата към достъпна и безопасна клетъчна медицина без вирусни интервенции“, заключава д-р Фън Пенг.

Авторите отбелязват няколко ключови момента:

• Безгеномна безопасност
  „Липсата на интеграция на екзогенни гени в генома на hCiPS клетките намалява риска от онкогенна трансформация и имунно отхвърляне в сравнение с вирусните методи“, подчертава д-р Фън Пенг, старши автор на изследването.

• Стандартизация на протокола
  „Химичният подход улеснява мащабирането и стандартизацията на производството на стволови клетки при условия на GMP – достатъчно е да се приготви разтвор от шест малки молекули и да се спазва стриктно времето“, добавя съавторът проф. Мария Лебедева.

• Клинична перспектива
  „Планираме да оценим hCiPS клетки в модели на левкемия и диабет, за да видим колко бързо те възстановяват хематопоезата и β клетките без рисковете, свързани с вирусните вектори“, казва д-р Джонатан Смит.

• Дългосрочна стабилност
  „Предварителните данни показват, че hCiPS запазват геномна и епигенетична стабилност след 20–30 пасажа, което е важно за последващи терапевтични приложения“, отбелязва д-р Айко Ямамото.

Тези коментари подчертават, че химическото пренасочване на кръвни клетки в плурипотентни стволови клетки съчетава безопасност, стандартизация и клиничен потенциал за персонализирана регенеративна медицина.