«Наша предыдущая работа вселила надежду, что однажды мы сможем улучшить работу сердца у людей с сердечной недостаточностью, превратив рубцовую ткань в работающую сердечную мышцу», — сказал Ли Цянь, доктор философии, доцент кафедры патологии и лабораторной медицины и старший автор исследования. «Но это было скорее экспериментальное исследование, и коэффициент конверсии был довольно низким. Теперь мы нашли барьер для конверсии и, устранив его, мы смогли значительно увеличить выход мышечных клеток. . "Сердечная недостаточность неизлечима и в настоящее время поражает около 5,7 миллиона человек в Соединенных Штатах. Общие симптомы включают одышку, усталость и отек, которые часто усугубляются по мере того, как сердце со временем слабеет.«Мы надеемся, что этот подход может продлить жизнь людей с сердечной недостаточностью и заметно улучшить их качество в будущем», — сказал Цянь, который также является членом Института сердца Макаллистера при UNC.
В 2012 году Цянь и ее коллеги создали «коктейль» из белков, способных превращать фибробласты, образующие рубцовую ткань, в кардиомиоциты — клетки сердечной мышцы, которые бьются сами по себе точно так же, как и обычные клетки сердечной мышцы. Примечательно, что подход команды не требовал преобразования фибробластов в стволовые клетки, что типично для других методов регенерации тканей. Подход Цяня снизил вероятность неконтролируемого роста клеток и образования опухолей.В экспериментах на мышах коктейль оказался успешным в уменьшении размера рубцовой ткани и улучшении функции сердца.
Но до сих пор процесс оставался удручающе медленным.«Мы хотели повысить урожайность и сократить время преобразования, чтобы в будущем этот процесс мог быть быстрым, простым и эффективным для моделирования заболеваний или лечения», — сказал Цянь.
Новый прорыв произошел, когда команда обнаружила, что ген под названием Bmi1 мешает экспрессии других ключевых генов, необходимых для преобразования фибробластов в клетки сердечной мышцы. Bmi1 ранее исследовали на предмет его роли в нервных стволовых клетках и раковых клетках, но это первое исследование, которое точно определило роль во взаимодействии с кардиогенными генами.Когда команда исчерпала Bmi1, коэффициент конверсии заметно вырос; процент фибробластов, трансформированных в клетки сердечной мышцы, увеличился в 10 раз.
Подавление Bmi1 также позволило команде Цяня упростить коктейль, уменьшив в нем количество различных белков.Конечная цель, сказал Цянь, — превратить коктейль в таблетку, которую можно было бы безопасно давать пациентам во время сердечного приступа или после того, как сердце уже было повреждено, тем самым уменьшая долгосрочную потерю функциональной сердечной ткани и помогая людям жить. более долгая и здоровая жизнь. По оценке Цянь, если дальнейшие эксперименты с использованием более крупных моделей животных подтвердятся, такая таблетка может быть разработана в течение десятилетия.
Этот метод также имеет потенциал для улучшения персонализированной медицины. В настоящее время существует ряд терапевтов, которые врачи могут назначить, чтобы помочь пациенту улучшить сердечную функцию, но часто требуется метод проб и ошибок, чтобы найти наиболее эффективное лекарство с наименьшим количеством побочных эффектов. Протеиновый коктейль Цянь может помочь избежать этого. Например, если метод Цяня может преобразовать клетки кожи пациента в клетки сердечной мышцы в лабораторной посуде, то лаборанты могут использовать полученную культуру клеток для быстрого скрининга существующих лекарств и поиска того, который с наибольшей вероятностью поможет конкретному пациенту.
Кроме того, подход и платформа команды, созданная для изучения барьеров для перепрограммирования сердца, могут помочь увеличить результаты исследований, направленных на перепрограммирование других клеток, таких как нейроны, клетки поджелудочной железы и клетки печени, для регенеративных целей.«Надеюсь, эти результаты и наш подход могут быть использованы, чтобы другие исследователи могли более эффективно определять препятствия на пути к более эффективной регенерации других типов тканей-мишеней», — сказал Цянь.