Исследование, опубликованное сегодня в журнале Cell Stem Cell, показывает, что клетки мозга человека, созданные путем перепрограммирования клеток кожи, очень эффективны при лечении миелиновых заболеваний, семейства заболеваний, которое включает рассеянный склероз и редкие детские расстройства, называемые педиатрическими лейкодистрофиями.
Исследование является первой успешной попыткой использовать индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC) для получения популяции клеток, которые имеют решающее значение для передачи нейронных сигналов в головном мозге. В этом случае исследователи использовали клетки, созданные из кожи человека, и трансплантировали их животным моделям миелиновой болезни.
"Это исследование решительно поддерживает полезность hiPSC как возможного и эффективного источника клеток для лечения миелиновых заболеваний," сказал невролог Стивен Голдман, Медицинский центр Университета Рочестера (URMC), M.D., Ph.D., ведущий автор исследования. "Фактически, похоже, что клетки, полученные из этого источника, по крайней мере так же эффективны, как и созданные с использованием эмбриональных или тканеспецифичных стволовых клеток."
Открытие открывает двери для потенциальных новых методов лечения с использованием клеток, полученных из hiPSC, для ряда неврологических заболеваний, характеризующихся потерей определенной популяции клеток в центральной нервной системе, называемой миелином. Как и изоляция электрических проводов, миелин представляет собой жировую ткань, которая обволакивает связи между нервными клетками и обеспечивает четкую передачу сигналов от одной клетки к другой. Когда миелиновая ткань повреждена, связь между клетками может быть нарушена или даже потеряна.
Наиболее распространенным заболеванием миелина является рассеянный склероз, состояние, при котором собственная иммунная система организма атакует и разрушает миелин. Потеря миелина также является признаком целого ряда серьезных и часто смертельных заболеваний, известных как детские лейкодистрофии. Хотя по отдельности это очень редко, в совокупности в США рождается несколько тысяч детей.S. при какой-либо форме лейкодистрофии каждый год.
Источником миелиновых клеток в головном и спинном мозге являются клетки типа олигодендроцитов. Олигодендроциты, в свою очередь, являются потомками другой клетки, называемой клеткой-предшественником олигодендроцитов, или OPC. Миелиновые заболевания долгое время считались потенциальной мишенью для клеточной терапии. Ученые предположили, что если здоровые ОРС можно успешно трансплантировать в больной или поврежденный мозг, то эти клетки могут производить новые олигодендроциты, способные восстанавливать утраченный миелин, тем самым обращая вспять повреждения, вызванные этими заболеваниями.
Однако ученые помешали нескольким препятствиям. Одна из ключевых проблем заключается в том, что OPC являются зрелыми клетками центральной нервной системы и появляются на поздних стадиях развития.
"По сравнению с нейронами, которые являются одними из первых клеток, сформированных в процессе развития человека, для создания глиальных клеток, таких как OPC, требуется больше стадий и гораздо больше шагов," сказал Голдман. "Этот процесс требует, чтобы мы понимали основы биологии и нормального развития этих клеток, а затем воспроизвели эту точную последовательность в лаборатории."
Еще одна проблема заключалась в определении идеального источника этих клеток. Большая часть исследований в этой области сосредоточена на клетках, полученных из тканеспецифических и эмбриональных стволовых клеток. Хотя исследования с использованием этих клеток дали критическое представление о биологии стволовых клеток, эти источники не считаются идеальными для удовлетворения спроса, когда методы лечения на основе стволовых клеток станут более распространенными.
Открытие в 2007 году того, что клетки кожи человека могут быть "перепрограммирован" до того момента, когда они вернулись в биологическое состояние, эквивалентное эмбриональным стволовым клеткам, называемое индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, стало новым путем для ученых. Поскольку эти клетки, созданные с использованием собственной кожи реципиента, будут генетически совпадать, вероятность отторжения при трансплантации значительно снижается. Эти клетки также обещали обильный источник материала, из которого можно вылепить клетки, необходимые для лечения.
Команда Голдмана первой успешно освоила сложный процесс использования hiPSC для создания OPC. Этот процесс оказался трудоемким. Лаборатории Голдмана потребовалось четыре года, чтобы установить точную химическую сигнализацию, необходимую для перепрограммирования, производства и окончательной очистки OPC в достаточных количествах для трансплантации, и каждому препарату требовалось почти шесть месяцев, чтобы перейти от клетки кожи к трансплантируемой популяции миелин-продуцирующих клеток.
После того, как им удалось идентифицировать и очистить OPC от hiPSC, они затем оценили способность клеток производить новый миелин при трансплантации мышам с наследственной лейкодистрофией, которая сделала их генетически неспособными производить миелин.
Они обнаружили, что ОРС распространились по мозгу и начали производить миелин. Они заметили, что клетки, полученные из hiPSC, делают это даже быстрее, эффективнее и действеннее, чем клетки, созданные с использованием тканевых OPC. У животных также не было опухолей, что является опасным потенциальным побочным эффектом некоторых методов лечения стволовыми клетками, и они жили значительно дольше, чем нелеченные мыши.
"Новая популяция ОРС и олигодендроцитов была плотной, многочисленной и полной," сказал Голдман. "Фактически, процесс ремиелинизации оказался более быстрым и эффективным, чем с другими источниками клеток."
Следующий этап оценки этих клеток – клинические исследования – может быть недолго. Goldman вместе с группой исследователей и клиницистов из Рочестера, Сиракуз и Буффало готовятся к запуску клинических испытаний с использованием OPC для лечения рассеянного склероза. Эта группа под названием Upstate MS Consortium была одобрена для финансирования наукой о стволовых клетках штата Нью-Йорк (NYSTEM). В то время как первоначальное исследование консорциума, ранние этапы которого запланированы на 2015 год, будет сосредоточено на клетках, полученных из тканевых источников, Голдман ожидает, что производные от hiPSC OPC в конечном итоге будут включены в этот проект.