Як перетворити краплю крові на універсальну клітину: революційні хімічні речовини стовбурових клітин

Донедавна перетворення дорослої клітини на плюрипотентну клітину (здатну перетворитися на будь-який тип тканини) вимагало введення в неї «факторів Яманаки» за допомогою вірусів або ДНК-плазмід. Тепер дослідники зі США, Японії та Франції під керівництвом доктора Фен Пенга продемонстрували, що лише набору невеликих органічних молекул достатньо для перепрограмування клітин периферичної крові людини на хімічно індуковані плюрипотентні стовбурові (hCiPS) клітини. Дослідження опубліковано в журналі Cell Stem Cell.

Чому це важливо?

• Безпека. Відсутність вірусних переносників та чужорідних генів знижує ризик мутацій та імунного відторгнення.
• Універсальність: Кров є доступним джерелом: немає потреби брати біопсію шкіри чи інших тканин.
• Швидкість. Всього 12-14 днів замість кількох тижнів або місяців, як у класичному методі.
• Перекладність. Хімічні речовини легко стандартизувати та виробляти відповідно до стандартів GMP.

Двоетапний протокол хімічного хакінгу

1. Стадія високої пластичності (пластичний стан).

   • Клітини крові (мононуклеарні клітини) культивують у середовищі з шістьма малими молекулами (назвемо їх комплексом ТНТ). Серед них:

     • Інгібітори GSK3β та MEK,

     • Модулятори сигналізації Wnt,

     • Інгібітори HDAC,

     • Специфічні агоністи SIRT1.

   • Через 6–8 днів клітини втрачають свої «кров’яні» маркери та набувають властивостей високопластичного епітелію, готового до активації плюрипотентних генів.

2. Стадія консолідації плюрипотентності.

   • Додано дві додаткові молекули, які стимулюють ендогенну активацію генів OCT4, SOX2 та NANOG, ключових «головних регуляторів» плюрипотентності.

   • Протягом наступних 4–6 днів формуються стабільні колонії клітин hCiPS з морфологією стовбурових клітин та експресією маркерів TRA-1-60 та SSEA-4.

Що отримали вчені?

• Ефективність: до 0,1% вихідних клітин крові утворюють повноцінні колонії hCiPS – порівнянно з традиційними вірусними методами.
• Функціональність: клітини hCiPS здатні трансформуватися в усі три ембріональні зародкові шари: нейрони, кардіоміоцити, клітини печінки, β-клітини підшлункової залози тощо.
• Відсутність залишкових «хімічних відбитків»: глибоке секвенування не виявило інтеграції екзогенної ДНК та епігенетичного стану, близького до ембріональних стовбурових клітин.

Перспективи медицини

1. Гемопоетична регенерація. Аутологічні клітини hCiPS можуть бути перенаправлені назад у гемопоетичну лінію, відновлюючи десятки типів імунних та кров'яних клітин при лейкеміях та імунодефіцитах.
2. Органоїди та трансплантація. Міні-серця, печінки або підшлункові залози, вирощені в лабораторії з клітин hCiPS, слугуватимуть моделлю захворювань та джерелом для трансплантації без ризику відторгнення.
3. Тестування на наркотики. Персоналізовані моделі захворювань на основі hCiPS дозволять «відтворити» захворювання з мазка крові та вибрати оптимальну терапію.
4. Косметична та нейродегенеративна медицина. Спрямована диференціація клітин hCiPS у дермальні стовбурові та нейрональні системи пропонує нові підходи до лікування псоріазу, хвороби Альцгеймера та Паркінсона.

Що далі?

• Підвищення ефективності. Оптимізація складу малих молекул та умов культивування, збільшення виходу колоній hCiPS.
• Безпека та довгострокове спостереження. Тестування геномної стабільності та відсутності злоякісної трансформації in vivo.
• Клінічні випробування. Фаза I/II з оцінкою безпеки та біодоступності продуктів hCiPS при лікуванні тяжких захворювань крові та кардіоміопатій.

«Повне хімічне перезавантаження стовбурового коду клітин крові – це справжній прорив, який відкриває двері до доступної та безпечної клітинної медицини без вірусних втручань», – підсумовує доктор Фен Пен.

Автори відзначають кілька ключових моментів:

• Безпека без використання геному
  «Відсутність інтеграції екзогенних генів у геном клітин hCiPS знижує ризик онкогенної трансформації та імунного відторгнення порівняно з вірусними методами», – наголошує доктор Фен Пен, старший автор дослідження.

• Стандартизація протоколу
  «Хімічний підхід сприяє масштабуванню та стандартизації виробництва стовбурових клітин в умовах GMP – достатньо приготувати розчин із шести малих молекул і дотримуватися суворих термінів», – додає співавтор, професор Марія Лебедєва.

• Клінічний огляд
  «Ми плануємо оцінити клітини hCiPS у моделях лейкемії та діабету, щоб побачити, як швидко вони відновлюють гемопоез та β-клітини без ризиків, пов’язаних із вірусними векторами», — каже доктор Джонатан Сміт.

• Довготривала стабільність
  «Попередні дані показують, що hCiPS зберігають геномну та епігенетичну стабільність після 20–30 пасажувань, що важливо для подальшого терапевтичного застосування», – зазначає доктор Айко Ямамото.

Ці коментарі підкреслюють, що хімічне перетворення клітин крові на плюрипотентні стовбурові клітини поєднує в собі безпеку, стандартизацію та клінічний потенціал для персоналізованої регенеративної медицини.