На протяжении более чем 20 лет врачи используют клетки крови, оставшейся после рождения ребенка в плаценте и пуповине, для лечения различных недугов – от рака и болезней крови до иммунных нарушений и метаболических заболеваний. С помощью всего одного транскрипционного фактора ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) трансформировали клетки пуповинной крови в клетки нейрональной линии. Такие клетки могут быть использованы для лечения широкого спектра неврологических заболеваний, включая инсульт, черепно-мозговые травмы и травмы спинного мозга.

Своей работой исследователи доказали, что клетки пуповинной крови, происходящие из мезодермы, среднего зародышевого листка, могут быть трансформированы в клетки эктодермы – внешнего слоя клеток, из которого развиваются нейроны и головной и спинной мозг.

По словам руководителя исследования профессора лаборатории экспрессии генов Института Солка Хуана Карлоса Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), это первый случай прямого перепрограммирования чистой популяции человеческих клеток пуповинной крови в клетки нейрональной линии за счет форсированной экспрессии всего одного фактора транскрипции. Результаты, полученные совместно с профессором лаборатории генетики Фредом Х. Гейджем (Fred H. Gage) и его группой, опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«В отличие от предыдущих исследований, в которых для трансформации клеток кожи в нейроны необходимо несколько факторов транскрипции, для нашего метода преобразования клеток пуповинной крови в функциональные нейроны требуется только один транскрипционный фактор», – подчеркивает профессор Гейдж.

Для встраивания в геном клеток пуповинной крови гена Sox2 – транскрипционного фактора, выступающего в роли переключателя их развития в нейрональном направлении – ученые использовали ретровирус. При культивировании таких клеток в лаборатории были обнаружены колонии, экспрессирующие нейрональные маркеры. Новые клетки, названные индуцированными клетками нейронального типа (induced neuronal-like cells, iNCs), могли передавать электрические импульсы, что означало, что это зрелые функциональные нейроны. Кроме того, клетки пуповинной крови со встроенным в них геном Sox2, трансплантированные в головной мозг мышей, интегрировались в существующую нейронную сеть мозга животных и передавали электрические сигналы, как зрелые функциональные нервные клетки.

Колония нейронов, полученных из клеток пуповинной крови с использованием технологии перепрограммирования стволовых клеток.
Зеленое и красное свечение означают, что эти клетки вырабатывают белковые маркеры нейронов – доказательство того, что клетки пуповинной
крови трансформировались именно в этот клеточный тип. Синим светятся ядра нейронов. (Фото: Alessandra Giorgetti)

Как показали эксперименты, при определенных условиях iNCs успешно размножаются. При этом, как в лаборатории, так и в мозге мыши, они сохраняют способность дифференцироваться в более зрелые нейроны. И хотя уже созданные клетки не принадлежат к какой-либо определенной линии, например, к моторным нейронам или нейронам среднего мозга, в будущем ученые надеются получить клинически значимые подтипы нервных клеток.

По мнению авторов, такие клетки можно будет использовать для моделирования неврологических заболеваний – таких как аутизм, шизофрения, болезнь Паркинсона или болезнь Альцгеймера.

Клетки пуповинной крови имеют ряд преимуществ перед другими типами стволовых клеток. Прежде всего, это не эмбриональные стволовые клетки, и, следовательно, они не вызывает споров об этичности их использования. iNCs более пластичны, чем взрослые стволовые клетки, например, костного мозга, что облегчает их трансформацию в определенные клеточные линии. Сбор таких клеток безопасен и безболезнен и не представляет риска для донора; их можно хранить в банках крови для последующего использования.

Введение этого нового протокола в клиническую практику поможет развитию заместительной клеточной терапии, уверены исследователи. Для поиска подходящего варианта донорских клеток можно будет использовать все банки пуповинной крови страны.