Исследовательская группа под руководством ученых Медицинского колледжа Вейлла Корнеллского университета (Weill Cornell Medical College), возможно, решила основную проблему, связанную с получением больших количеств необходимых для трансплантации костного мозга взрослых гемопоэтических стволовых клеток в лабораторных условиях.

Ученые из Вейлл-Корнелла и их коллеги из Мемориального онкологического центра Слоуна-Кеттеринга (Memorial-Sloan Kettering Cancer Center) сконструировали белок, позволяющий увеличить численность популяции гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) после их извлечения из костного мозга донора. Этот инженерный белок сохраняет размножающиеся ГСК в стволовом состоянии, что означает, что они не будут дифференцироваться в специализированные типы клеток крови до пересадки реципиенту.

Поиск совместимого донора костного мозга – сложная задача, а сам забор костного мозга – его извлечение с помощью иглы из большой кости под общим наркозом – тяжелый и болезненный для донора процесс. Количество же клеток костного мозга, получаемое в результате одного забора, часто не достаточно для проведения успешной трансплантации, и во многих случаях донору приходится пройти несколько таких процедур.

Возможность получать большое количество здоровых ГСК вне организма означает, что у доноров можно будет забирать меньшее количество стволовых клеток. Кроме того, взрослые стволовые клетки крови можно заморозить и хранить в банке для последующего размножения и клинического использования.

«Нашей ближайшей целью является выяснить, можно ли забирать меньшее количество стволовых клеток у донора и размножать их для трансплантации. В этом случае, вероятно, появится большее количество желающих стать донорами», – говорит руководитель исследования доктор Пенгбо Чжоу (Pengbo Zhou), профессор патологии и лабораторной медицины в Weill Cornell. «Если доноров будет много, мы сможем типировать клетки до их замораживания и помещения в банк и будем знать все их иммунные характеристики. Когда пациент будет нуждаться в пересадке костного мозга для лечения рака или другого заболевания, мы сможем найти совместимые клетки, размножить их и использовать для трансплантации».

В перспективе станет доступен и такой вариант – поместить в банк свой собственный костный мозг для возможного использования в будущем, считает доктор Чжоу.

«Собственные стволовые клетки крови человека не только являются лучшим средством лечения многих типов рака крови – они могут быть полезны и для других целей, например, для замедления старения».

Проблемы с извлечением донорского костного мозга уже привели к нескольким попыткам размножения гемопоэтических стволовых клеток в лабораторных условиях. В фокусе авторов этих исследований был транскрипционный фактор HOXB4, стимулирующий пролиферацию ГСК. Чем больше в стволовых клетках белка HOXB4, тем больше они самообновляются и увеличивают свою популяцию.

Новый метод позволяет получать большие количества здоровых стволовых клеток крови вне организма, делая возможным их производство в промышленных масштабах.
(Фото: Weill Cornell Medical College)

Как оказалось, белок HOXB4 можно непосредственно внедрить в извлеченные стволовые клетки костного мозга. Все, что нужно сделать, это добавить к этому белку небольшой тэг, который, действуя в качестве транспортного средства, проводит HOXB4 через мембрану клетки прямо в ее ядро. Но период полужизни природного HOXB4 очень короток – около одного часа. А это значит, что для размножения стволовых клеток крови HOXB4 нужно постоянно добавлять. Так как белки недешевы, этот процесс дорогостоящ и непрактичен.

Доктор Чжоу и его группа выяснили, почему белок HOXB4 так недолго живет в ГСК, если клетки лишаются своей защитной ниши. Оказалось, что он становится мишенью для разрушения, с тем чтобы стволовые клетки могли начать дифференциацию, то есть трансформироваться в различные виды взрослых клеток крови.

Исследователи установили, что один из белков – CUL4 – выполняет задачу распознавания HOXB4 и делает его видимым для клеточных механизмов деградации белков. CUL4 распознает HOXB4 благодаря четырем аминокислотам, находящимся на его поверхности.

Исследователи разработали синтетический белок HOXB4, в котором сигнал разрушения замаскирован. Это позволило увеличить время его полужизни до 10 часов. Инженерный HOXB4 хорошо справляется со своей задачей размножения стволовых клеток, сохраняя при этом все их стволовые свойства. В результате клетки с инженерным HOXB4 демонстрируют более высокую способность к размножению, чем получившие природный вариант этого белка. Эксперименты на животных показали, что пересаженные инженерные человеческие стволовые клетки сохраняют свои свойства в костном мозге мышей.

Чтобы получить необходимое для пересадки пациенту или для помещения в банк количество ГСК, инженерный белок HOXB4 можно вводить примерно каждые 10 часов.

«Наша работа показывает, что мы можем преодолеть одно из основных технических препятствий в размножении взрослых стволовых клеток крови, впервые сделав возможным их получение в промышленных масштабах», – заключает доктор Чжоу.

Аннотация к статье, опубликованной в журнале Blood, Improved ex vivo expansion of adult hematopoietic stem cells by overcoming CUL4-mediated degradation of HOXB4