Исследование было опубликовано в журнале Nature Cell Biology старшим автором Эйприл Пайл, доцентом микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики и членом Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Используя естественный процесс человеческого развития в качестве руководства, исследователи разработали способы созревания мышечных клеток в лаборатории для создания мышечных волокон, которые восстанавливают дистрофин, белок, который отсутствует в мышцах мальчиков с Дюшенном.Без дистрофина мышцы дегенерируют и становятся все более слабыми. Симптомы Дюшенна обычно начинаются в раннем детстве; пациенты постепенно теряют подвижность и, как правило, умирают от сердечной или дыхательной недостаточности в возрасте около 20 лет.
В настоящее время нет никакого способа обратить вспять или вылечить болезнь.В течение многих лет ученые пытались использовать различные методы, позволяющие управлять плюрипотентными стволовыми клетками человека, чтобы генерировать стволовые клетки скелетных мышц, которые могут надлежащим образом функционировать в живых мышцах и регенерировать мышечные волокна, продуцирующие дистрофин.
Однако исследование, проведенное Пайлом, показало, что существующие методы неэффективны; они производят незрелые клетки, которые не подходят для моделирования Дюшена в лаборатории или создания клеточной заместительной терапии для этого заболевания.«Мы обнаружили, что то, что клетки скелетных мышц, полученные в лаборатории, экспрессируют мышечные маркеры, не означает, что они полностью функциональны», — сказал Пайл. «Чтобы терапия стволовыми клетками Дюшена развивалась, мы должны лучше понимать клетки, которые мы генерируем из плюрипотентных стволовых клеток человека, по сравнению с мышечными стволовыми клетками, которые естественным образом обнаруживаются в организме человека и в процессе развития».
Анализируя развитие человека, исследователи обнаружили клетку скелетных мышц плода, которая обладает необычайной способностью к регенерации. При дальнейшем анализе этих мышечных клеток плода были обнаружены два новых маркера клеточной поверхности, названные ERBB3 и NGFR; это позволило исследователям точно изолировать мышечные клетки от тканей человека и отделить их от различных типов клеток, созданных с использованием плюрипотентных стволовых клеток человека.Как только они смогли выделить клетки скелетных мышц с помощью недавно идентифицированных поверхностных маркеров, исследовательская группа созрела эти клетки в лаборатории, чтобы создать мышечные волокна, продуцирующие дистрофин.
Созданные ими мышечные волокна всегда были мышечными клетками, но все же они были меньше, чем в настоящих мышцах человека.«Нам не хватало еще одного ключевого компонента», — сказал Майкл Хикс, ведущий автор исследования. Он объяснил, что клетки скелетных мышц не созревают должным образом. «Нам нужны были более крупные и сильные мышцы, которые также могли бы сокращаться».
И снова команда обратилась к естественным этапам человеческого развития в поисках ответов. Хикс обнаружил, что необходимо отключить специфический путь клеточной передачи сигналов, называемый TGF Beta, чтобы обеспечить образование волокон скелетных мышц, которые содержат белки, которые помогают мышцам сокращаться. Наконец, команда проверила свой новый метод на мышиной модели Дюшенна.
«Наша долгосрочная цель — разработать индивидуальную клеточную заместительную терапию с использованием собственных клеток пациента для лечения мальчиков с Дюшенном», — сказал Хикс. «Итак, для этого исследования мы от начала до конца следовали тем же шагам, что и при создании этих клеток для пациента».Во-первых, клетки пациента Дюшенна были перепрограммированы, чтобы стать плюрипотентными стволовыми клетками. Затем исследователи удалили генетическую мутацию, вызывающую Дюшенна, с помощью технологии редактирования генов CRISPR-Cas9. Используя поверхностные маркеры ERBB3 и NGFR, клетки скелетных мышц выделяли и затем вводили мышам одновременно с введением ингибитора TGF-бета.
«Результаты оказались именно такими, на что мы надеялись, — сказал Пайл. «Это первое исследование, демонстрирующее, что функциональные мышечные клетки могут быть созданы в лаборатории и восстанавливать дистрофин на животных моделях Дюшенна, используя процесс развития человека в качестве руководства».Дальнейшие исследования будут сосредоточены на создании стволовых клеток скелетных мышц, которые могут реагировать на продолжающиеся травмы и долгое время регенерировать новые мышцы, используя новую стратегию изоляции и созревания.Недавно выявленная стратегия создания скелетных мышц из плюрипотентных стволовых клеток человека покрыта патентной заявкой, поданной UCLA Technology Development Group от имени Регентов Калифорнийского университета с Майклом Хиксом и Эйприл Пайл в качестве соавторов.Исследование было поддержано грантами Национального института здравоохранения (K01AR061415), Национального института артрита, заболеваний опорно-двигательного аппарата и кожи (R01AR064327), Национального центра развития трансляционных наук Министерства обороны (W81XWH-13-1-0465). ), Калифорнийский институт регенеративной медицины (RB5-07230, DISC1-08823, DISC2-08824), Центр мышечной дистрофии Дюшенна при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, стипендия Cure Duchenne, стипендия по обучению Центра Пола Веллстоуна Национальных институтов здравоохранения и Университет Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Награда за исследования Фонда Роуз-Хиллз и стипендия Шаффера Центром исследования стволовых клеток.