Стволовые клетки обладают огромным потенциалом в области лечения многих из самых опасных заболеваний. Однако невозможность направить клетки к нужным тканям-мишеням является серьезным барьером на пути к практическому применению клеточной терапии. С целью преодолеть это препятствие, ученые из бостонской клиники Brigham and Women's Hospital (BWH) разработали биотехнологическую платформу, позволяющую химически встраивать в поверхность клеток рецепторы, направляющие их миграцию. Этот простой подход может повысить эффективность многих методов клеточной терапии за счет увеличения концентрации клеток в проблемном органе или ткани.

Флуоресцентное изображение модифицированных стволовых
клеток (красные) и немодифицированных клеток (зеленые)
в воспаленной ткани через 24 часа после введения.
Кровеносные сосуды помечены синим.
(Фото: Brigham and Women's Hospital)

Низкий и неэффективный хоуминг (способность клеток к миграции к определенным тканям и интеграции в них посредством специфических рецепторов) системно доставляемых мезенхимальных стволовых клеток (МСК) считается основным недостатком основанных на этих клетках терапевтических подходов. Преимущественно неэффективность этой терапии объясняется неадекватной экспрессией рецепторов адгезии на поверхности клеток.

Ученые модифицировали клеточную поверхность, встроив в нее рецепторы, функционирующие в качестве «приборов наведения».

Используя подход, полностью сохраняющий фенотип мезенхимальных стволовых клеток и не требующий никаких генетических манипуляций, они инкорпорировали в поверхность МСК нанометровую полимерную конструкцию, содержащую сиалил-Lewisx (sialyl Lewisx, SLeX). Сиалил-Lewisx – углеводная молекула-лиганд, находящаяся на поверхности лейкоцитов, играющая жизненно важную роль в процессах межклеточного распознавания. Присутствие таких конструкций на поверхности МСК способствует их миграции к воспаленной ткани.

«Центральной идеей нашей работы является то, что способность клеток к самонаведению на определенные ткани может быть повышена без изменения других их функций. Зная «почтовый индекс» кровеносных сосудов определенной ткани, мы можем запрограммировать «адрес» на поверхности клеток и направить их к этим сосудам с высокой эффективностью», – объясняет преимущество использования модифицированных клеток Джеффри Карп (Jeffrey Karp), содиректор Центра регенеративной медицины (Regenerative Therapeutics Center) при BWH и преподаватель Гарвардского института стволовых клеток (Harvard Stem Cell Institute).

Хотя традиционные методы клеточной терапии, включающие в себя местное введение клеток, могут принести большую пользу, им, тем не менее, свойственен ряд серьезных недостатков: во-первых, они высоко инвазивны, во-вторых, количество инъецируемых клеток, которое можно ввести за одну процедуру, всегда ограничено.

«Не трудно понять, что, если тканью-мишенью является сердечная мышца, например, при лечении инфаркта или сердечной недостаточности, введение клеток непосредственно в сердце – инвазивная процедура, и она, как правило, может быть проведена только один раз», – продолжает доктор Карп, являющийся также доцентом Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School).

Использование новой биотехнологической платформы позволяет осуществлять системное введение клеток и направлять их к тканям-мишеням путем более традиционной и гораздо менее инвазивной процедуры – внутривенной инфузии. Теперь инженерные клетки можно вводить многократно, что также повысит эффективность терапии.

Этот подход может быть использован для системного введения образующих костную ткань клеток в костный мозг для лечения остеопороза, кардиомиоцитов в сердце для лечения ишемической болезни, нейральных стволовых клеток в мозг при болезни Паркинсона или эндотелиальных клеток-предшественников при болезни периферических сосудов для стимуляции образования новых кровеносных сосудов.

По мере углубления понимания механизмов, регулирующих направленную миграцию клеток, у ученых появляется все больше возможностей добиться лучшего хоуминга клеток с помощью инженерных подходов. Их использование должно значительно повысить эффективность клеточной терапии за счет снижения инвазивности, возможности неоднократного введения клеток и, возможно, за счет сокращения общего количества клеток, необходимого для достижения терапевтического эффекта. Все это, в конечном итоге, улучшит результаты лечения.

Статья о работе опубликована в журнале Blood.

Аннотация к статье

Engineered cell homing