Ученые из Кембриджского университета (University of Cambridge) впервые создали несколько типов гладкомышечных клеток, образующих стенки кровеносных сосудов, из клеток кожи пациента. Их исследование, частично профинансированное Wellcome Trust, опубликовано в журнале Nature Biotechnology.

Клетки гладкой мускулатуры. (Фото: Dr Sanjay Sinha)

Каждая третья смерть в Великобритании связана с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Подавляющее большинство из них вызвано атеросклерозом – образованием атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов и, в конечном итоге, блокированием кровотока. В будущем для пациентов с противопоказаниями к стентированию или шунтированию возможным вариантом лечения могут стать новые кровеносные сосуды, выращенные в обход собственных заблокированных. Еще одна группа больных, которым могут помочь новые кровеносные сосуды – пациенты с почечной недостаточностью, нуждающиеся в сосудистых трансплантатах для диализа.

В своей работе ученые использовали эмбриональные стволовые клетки (или подобные им клетки, полученные из образца кожи пациента), способные дифференцироваться в любой тип клеток организма, известные как человеческие плюрипотентные стволовые клетки (human pluripotent stem cells, hPSCs). Хотя ранее из hPSCs уже были созданы клетки крови и сердечной мышцы, это первый случай, когда все основные типы гладкомышечных клеток сосудов были получены в такой системе, которую в дальнейшем можно легко адаптировать к клиническому использованию.

Гладкомышечные клетки сосудов происходят из различных тканей раннего эмбриона, и ученым удалось воспроизвести три различных типа эмбриональных тканей в лабораторной культуре. Интересно, что полученные из разных эмбриональных тканей гладкомышечные клетки по-разному отвечали на вещества, такие как факторы роста, вызывающие сосудистые заболевания, в зависимости от эмбрионального пути – источника их происхождения. Ученые пришли к выводу, что различия в эмбриональном происхождении могут играть роль в определении, где и когда начинается развитие распространенных сосудистых заболеваний, таких как аневризма аорты или атеросклероз.

Гетерогенность эмбриологического происхождения является отличительной чертой сосудистых гладкомышечных клеток (ГМК) и может влиять на развитие сосудистых заболеваний. Гладкомышечные клетки стенки аорты происходят из трех разных тканей раннего эмбриона. Корень аорты – из клеток вторичного поля сердца, являясь производным латеральной пластинки мезодермы (сплошная синяя стрелка). Восходящая аорта и дуга являются производными нервного гребня (сплошная красная стрелка). ГМК нисходящей аорты происходят из параксиальной мезодермы (сплошная зеленая стрелка). Ученые разработали метод, в котором hPSCs (человеческие плюрипотентные стволовые клетки) сначала трансформируются в нейроэктодерму, латеральную пластинку мезодермы и параксиальную мезодерму. Затем эти промежуточные популяции дифференцируются в подтипы ГМК, которые демонстрируют сократительную способность в ответ на сосудосуживающие вещества и заселяют периваскулярные области in vivo. Дифференциация в ГМК аорты соответствующего происхождения происходит в ответ на медиатор воспаления IL-1β. Исследователи полагают, что в условиях патологии подтипы ГМК разного эмбрионального происхождения обладают разной протеолитической способностью, что может привести к потере структурной целостности в различных областях стенки аорты. Такая разница в механических свойствах может предрасполагать к тому, что расслоение аорты происходит преимущественно на границах между различными линиями ГМК (показано черными зубчатыми стрелками). (nature.com/nbt)

Руководитель проекта доктор Санджай Синха (Sanjay Sinha) считает, что это исследование представляет собой важный шаг к возможности получать нужные виды клеток гладкой мускулатуры для выращивания новых кровеносных сосудов. Использование созданной его группой системы позволит ученым понять, как на развитие сосудистых заболеваний влияет происхождение гладкомышечных клеток и почему некоторые части сосудистой сети защищены от болезней. Кроме того, у многих пациентов наблюдаются генетические нарушения, такие как синдром Марфана, которые оказывают отрицательное воздействие на гладкомышечные клетки сосудов и приводят к преждевременной смерти и инвалидности. Используя hPSCs, полученные из клеток кожи пациента, ученые-медики смогут получать лабораторные культуры гладкомышечных клеток с генетическими аномалиями. Этот вид моделирования болезней позволит лучше понять их этиологию и патогенез и проводить эффективный скрининг новых лекарственных препаратов.

Аннотация к статье

Generation of human vascular smooth muscle subtypes provides insight into embryological origin–dependent disease susceptibility