«Открытие способов вернуть зрелые клетки к« стеблевому »состоянию, которое может дифференцироваться во многие различные типы тканей, принесло огромный потенциал в область регенеративной медицины на основе клеток, но проблема получения функциональных клеток из них ИПСК все еще остаются », — говорит Ракеш Джайн, доктор философии, директор лаборатории биологии опухолей Стила в MGH и соавтор исследования. «Наша команда разработала эффективный метод создания клеток-предшественников сосудов из ИПСК человека и использовала их для создания сетей искусственно созданных кровеносных сосудов у живых мышей».Способность регенерировать или восстанавливать кровеносные сосуды может иметь решающее значение в лечении сердечно-сосудистых заболеваний, которые по-прежнему являются причиной смерти номер один в США, и других состояний, вызванных повреждением кровеносных сосудов, таких как сосудистые осложнения. диабета.
Кроме того, обеспечение сосудистого снабжения вновь образованной ткани остается одним из самых серьезных препятствий, стоящих перед попытками создания твердых органов с помощью тканевой инженерии.В нескольких предыдущих исследованиях с помощью ИПСК были получены типы клеток, необходимых для построения кровеносных сосудов — эндотелиальные клетки, выстилающие сосуды, и клетки соединительной ткани, обеспечивающие структурную поддержку, — но эти клетки не могли образовывать долговечные сосуды после введения в модели на животных. «Самая большая проблема, с которой мы столкнулись на ранней стадии этого проекта, заключалась в создании надежного протокола для создания линий эндотелиальных клеток, которые производили большое количество клеток-предшественников, которые могли генерировать прочные и долговечные кровеносные сосуды», — говорит соавтор исследования Дай Фукумура, доктор медицины, Кандидат наук, также из лаборатории Стила.
Команда MGH адаптировала метод, который изначально использовался для получения эндотелиальных клеток из эмбриональных стволовых клеток человека (hESC). Но в то время как этот метод использовал один белковый маркер для идентификации сосудистых предшественников, исследователи отсортировали производные ИПСК клетки, которые экспрессируют не только этот белок, но и два других белковых маркера сосудистого потенциала. Затем они увеличили эту популяцию, используя систему культивирования, которую члены команды ранее разработали для дифференциации эндотелиальных клеток от чЭСК, и подтвердили, что только клетки, полученные из ИПСК, экспрессирующие все три маркера, генерируют эндотелиальные клетки с полным потенциалом формирования кровеносных сосудов.Чтобы проверить способность этих клеток генерировать функциональные кровеносные сосуды, они имплантировали на поверхность мозга мышей комбинацию эндотелиальных клеток-предшественников ИПСК, экспрессирующих три маркера, с мезенхимальными предшественниками, которые генерируют важные структурные клетки.
В течение двух недель имплантированные клетки сформировали сеть кровеносных сосудов, которые, по-видимому, функционировали так же, как и соседние естественные сосуды, и продолжали функционировать в течение 280 дней у живых животных. В то время как имплантация комбинированных популяций предшественников под кожу животных также генерировала функциональные кровеносные сосуды, она требовала имплантации в пять раз большего количества клеток, и сосуды были недолговечными, что согласуется с предыдущими исследованиями группы по формированию сосудов в этих двух. локации.
Поскольку пациенты с диабетом 1 типа (T1D), который может повреждать кровеносные сосуды, могут извлечь выгоду из способности создавать новые кровеносные сосуды, исследователи хотели определить, могут ли ИПСК, полученные из клеток таких пациентов, способствовать образованию функциональных кровеносных сосудов. Как и в случае с клетками здоровых людей, предшественники, полученные из T1D-iPSC, способны генерировать функциональные долговечные кровеносные сосуды. Однако исследователи отмечают, что разные линии T1D-iPSC, в том числе разные линии, полученные от одного и того же пациента, показали различия в потенциале генерации клеток, что указывает на необходимость лучшего понимания основных механизмов.
«Потенциальные области применения кровеносных сосудов, генерируемых ИПСК, весьма широки — от восстановления поврежденных сосудов, снабжающих сердце или мозг, до предотвращения необходимости ампутации конечностей из-за сосудистого осложнения диабета», — говорит со-ведущий автор Реха Самуэль, доктор медицины, Лаборатория Стила, ныне находящаяся в Христианском медицинском колледже, Веллор, Индия. «Но сначала нам нужно решить такие проблемы, как изменчивость линий ИПСК и долгосрочные проблемы безопасности, связанные с использованием этих клеток, которые решаются исследователями по всему миру. Нам также нужны более эффективные способы разработки конкретных тип эндотелиальных клеток, необходимых для определенных органов и функций ».Дополнительными соавторами раннего издания PNAS являются Шань Ляо, доктор философии, и Трупти Ваэдам, доктор философии, лаборатории Стила, и Лоуренс Дахерон, доктор философии, Гарвардский институт стволовых клеток.
Дополнительными соавторами являются Валид Камун, доктор философии, Ана Батиста, доктор философии, Сяосин Хан, доктор философии, Патрик Ау, доктор философии, и Дэн Дуда, доктор медицинских наук, доктор философии, все из лаборатории Стила; Криста Бюкер ??и Ричард Шафер, доктор медицины, Гарвардский институт стволовых клеток, и Дэвид Скэдден, доктор медицины, Центр регенеративной медицины MGH. Поддержка исследования включает гранты Национальных институтов здравоохранения и Гарвардского института стволовых клеток.