Исследователи из Johns Hopkins в лаборатории уговорили стволовые клетки сформировать сети новых кровеносных сосудов, а затем успешно трансплантировали их мышам. По словам исследователей, стволовые клетки производятся путем перепрограммирования обычных клеток, поэтому новый метод потенциально может быть использован для генетического соответствия кровеносных сосудов индивидуальным пациентам, которые вряд ли будут отвергаться их иммунной системой. Результаты появятся на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Продемонстрировав способность восстанавливать микрососудистое русло клинически значимым образом, мы сделали важный шаг к созданию кровеносных сосудов для терапевтического использования», – говорит Шэрон Герехт, доктор философии.D., доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета Джона Хопкинса, Центра физических наук – онкологии и Института нанобиотехнологий. “Наши результаты могут дать более эффективные методы лечения пациентов, страдающих ожогами, диабетическими осложнениями и другими состояниями, при которых функция сосудистой сети нарушена.”
Исследовательская группа Герехта и другие ранее выращивали кровеносные сосуды в лаборатории с использованием стволовых клеток, но остаются препятствия на пути эффективного производства сосудов и их использования для лечения пациентов.
В текущем исследовании группа сосредоточилась на оптимизации нового процесса роста. В то время как в других экспериментах использовались химические сигналы, позволяющие стволовым клеткам формировать клетки одного типа или созревать в шведский стол из типов клеток, который исследователи затем разбирали, аспирант Сраванти Кусума разработал способ заставить стволовые клетки сформировать два типа клеток, необходимые для строительства новых кровеносных сосудов, и только эти типы. «Это делает процесс более быстрым и надежным, если вам не нужно сортировать множество клеток, вам не нужно искать те, которые вы делаете, или выращивать две партии клеток», – говорит она.
Второе отличие от предыдущих экспериментов заключалось в том, что вместо использования взрослых стволовых клеток, полученных из пуповинной крови или костного мозга, для построения сети сосудов, группа Герехта объединилась с Линчжао Ченг, Ph.D., профессор Института клеточной инженерии, чтобы использовать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в качестве отправной точки. По словам Кусумы, поскольку этот тип клеток создается путем обратной инженерии зрелых клеток – например, из кожи или крови – это означает, что полученные кровеносные сосуды могут быть адаптированы для конкретных пациентов. «Это элегантное использование индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, которые могут образовывать несколько типов клеток в одном виде ткани или органа и иметь одинаковый генетический фон», – говорит Ченг. «Это исследование показало, что помимо способности образовывать клетки крови и нервные клетки, как было показано ранее, плюрипотентные стволовые клетки, полученные из крови человека, также могут образовывать несколько типов клеток сосудистой сети.”
Чтобы вырастить сосуды, группа исследователей поместила стволовые клетки в каркас из мягкого материала, называемого гидрогелем. Гидрогель был наполнен химическими сигналами, которые подталкивали клетки к организации сети узнаваемых кровеносных сосудов, состоящих из клеток, которые создают сеть, и того типа, который поддерживает и придает сосудам их структуру. Это был первый случай, когда кровеносные сосуды были сконструированы из плюрипотентных стволовых клеток человека из синтетического материала.
Чтобы узнать, подействует ли гидрогель, наполненный сосудом, внутри живого животного, группа имплантировала его мышам. Через две недели выращенные в лаборатории сосуды интегрировались с собственными сосудами мышей, и гидрогель начал биоразлагаться и исчезать, как он был разработан для этого. «То, что эти сосуды выживают и функционируют внутри живого животного, является решающим шагом на пути к их медицинскому применению», – говорит Кусума.
По ее словам, одним из следующих шагов будет более пристальное внимание к трехмерным структурам, которые образуют лабораторные сосуды. Другой – посмотреть, могут ли сосуды доставлять кровь к поврежденным тканям и помогать им восстанавливаться.