Регенеративная медицина

Одно из направлений работы группы профессора Цезар — поиск маркеров ранней стадии нейродегенеративных заболеваний, параллельно ведутся проекты по изучению метаболизма нервных стволовых клеток с целью их использования в регенерации нервной ткани. Используя системный подход в изучении клеточного метаболизма (метаболомики), учёные выявили новые «малые молекулы» во внутриклеточном пространстве эмбриональных стволовых клеток человека. Эти молекулы были обнаружены только в стволовых клетках и привлекли большое внимание учёных. В перспективе их можно использовать как биомаркеры стволовых клеток. В настоящее время, группа занимается вопросами происхождения этих «малых молекул», их роли в стволовых клетках.

Исследования группы доктора Андре Терцича открывают новые перспективы пренатальной терапии. Ученые вводили мышам меченые эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) на ранней стадии эмбрионального развития. Новорожденные мыши не имели отклонений и имели тот же коэффициент риска развития сердечных заболеваний, что и животные контрольной группы. Характеристики работы сердца у животных обеих групп не различались на протяжении первого года жизни. У повзрослевших мышей с помощью перевязки левой передней артерии был сымитирован обширный инфаркт. У животных, которым во время внутриутробного развития вводили ЭСК, функции сердца через некоторое время после возобновления кровоснабжения миокарда полностью восстановились. А у животных контрольной группы развились типичные последствия ишемии миокарда: ишемическая кардиомиопатия, рубцевание сердечной мышцы и застойные явления в легких. Кроме того, мыши, еще до рождения получившие инъекцию стволовых клеток, после сердечного приступа быстрее восстанавливались, были способны переносить значительные физические нагрузки и стресс, имели лучшие показатели выживаемости.

Профессор Ратайчек возглавляет программу «Биология стволовых клеток». Его лаборатория пытается найти применение запрограммированым стволовым клеткам для регенерации тканей, в основном — в кардиоваскулярных заболеваниях. Вторая цель научной работы — понять природу и поведение при старении стволовых клеток определённых тканей. Лаборатории профессора Ратайчека удалось обнаружить новый тип стволовых клеток, который был впоследствии назван «очень маленькие стволовые клетки эмбрионального типа» (very small embryonic-like (VSEL) stem cells). Они имеют огромный потенциал в регенеративной медицине. Как оказалось, часть подобных стволовых клеток во время гаструляции и органогенеза откладывается в каждом органе. Эти клетки порождают уже органоспецифические стволовые клетки, которые стареют и постепенно элиминируются с возрастом. Однако, пул VSEL остаётся в органах почти неизменённым, образуя всё новые монопотентные (тканеспецифичные) стволовые клетки. Лаборатории удалось определить местоположение и специфические маркеры этих «стволовых клеток эмбрионального типа» в нескольких органах мыши. Один из основных маркеров VSEL — рецептор CXCR4, который по-видимому является определяющим в жизнедеятельности и функционировании этих клеток. В настоящее время ведутся работы по более детальному изучению VSEL клеток как в культуре клеток человека так и на мышах. Изучение этих клеток, локализация их в конкретных органах послужит важной предпосылкой для использования их в медицине в качестве регенеративного материала определённой ткани или органа.

Лопез-Отин является основоположником системы «Деградома» («Degradome») — базы данных, в которую занесён путь элиминирования того или иного белка в различных тканях. Изучая синдром Хатчинсона-Гилфорда (синдром ускоренного старения), учёные смогли более детально исследовать сигнальные пути, нарушение которых приводит к появлению симптомов старости в молодом возрасте. Известно, что за развитие болезни несёт ответственность мутация в гене LMNA, которая приводит к укороченной нефункциональной форме белка ламин, А — прогерину. Прогерин, в отличие от ламина, не несёт последовательности распознавания металлопротеиназой FACE-1/ZMPSTE24. Получив knock-out мышей, не синтезирующих эту протеазу, ученые обнаружили, что накопление модифицированной укороченной формы ламина, А ведёт к гиперактивации пути p53, клеточному старению и дисфункции стволовых клеток.

Наиболее адекватным методом децеллюляризации (удаления донорских клеток) матрикса оказался детергентно-ферментативный. С его помощью были созданы экспериментальные модели in vitro и in vivoна животных по восстановлению тканей уретры, тонкого кишечника и трахеи. Полученные бесклеточные матриксы трахеи, обладая структурными и механическими характеристиками, подобными нативным трахеям, не проявляли антигенности и сохраняли способность к адгезивности для хондроцитов и эпителальных клеток. Эти свойства сохранялись при имплантации матриксов в качестве аллографтов либо ксенографтов. Другие способы удаления клеток с поверхности матриксов (обработка формалином, ацетоном и др.) не приводили к достаточному росту клеток и были отклонены. Участок трахеи длиной 7 см, выделенный из организма донора, после очистки от соединительной ткани и промывки в растворе антибиотиков подвергался обработке детергентом (Na-деоксихолат) и ферментом (ДНКаза). Это позволило практически полностью удалить донорские клетки (децеллюляризация) при сохранении хрящевого каркаса трахеи и исключить возможность отторжения имплантанта впоследствии.

Ученым удалось разработать методику выделения клеток предшественников и последующего выращивания из них отдельных слоев, в которых преобладали либо мышечные, либо эпителиальные клетки. Затем отдельные слои совмещались. Искусственно выращенный имплантат прикреплялся к мочевому пузырю пациентов. В течение нескольких лет, прошедших после операций, медики наблюдали постепенное улучшение состояния больных. В настоящее время ученые работают над методикой выращивания 22 типов тканей, включая кровеносные сосуды, клетки мышц и трахеи. Основные усилия ученых института направлены на преодоление таких сложностей, как риск онкогенеза при использовании эмбриональных или индуцированных плюрипотентных клеток и необходимость питания ткани при выращивании солидных органов до формирования собственных кровеносных сосудов. Задача питания, созданного в лаборатории солидного органа, до образования его собственных кровеносных сосудов, может быть решена с помощью местного обогащения ткани кислородом, который образуется в ходе реакции из химических веществ. Эти вещества могут быт инкапсулированы и доставлены в нужные участки формирующегося органа. В институте идентифицировали и охарактеризовали новый класс стволовых клеток, получаемых из амниотической (водной) оборочки плода и плаценты. Эти стволовые клетки могут дифференцироваться в различные типы клеток и не вызывают образование опухолей при трансплантации.