Науке давно известно, что восстановление после экспериментальных сердечных приступов улучшается путем инъекции смеси клеток сердечной мышцы, эндотелиальных клеток и гладкомышечных клеток, однако результаты были ограничены из-за плохого приживления и ретенции, и исследователи беспокоятся о возможном онкогенезе и сердечной аритмии.
Исследования на свиньях показывают, что использование экзосом, естественным образом образованных из этой смеси клеток сердечной мышцы, эндотелиальных клеток и гладкомышечных клеток, которые все были получены из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, дает регенеративные преимущества, эквивалентные введенным человеком плюрипотентным стволовым клеткам. сердечные клетки, или hiPSC-CC.
Экзосомы – это связанные с мембраной внеклеточные везикулы, которые содержат биологически активные белки, РНК и микроРНК. Хорошо известно, что экзосомы участвуют в межклеточной коммуникации, и они активно изучаются как потенциальные клинические методы лечения.
"Экзосомы hiPSC-CC являются бесклеточными и, следовательно, могут позволить врачам использовать кардиозащитные и репаративные свойства клеток, полученных из hiPSC, избегая при этом сложностей, связанных с канцерогенными рисками, хранением клеток, транспортировкой и иммунным отторжением," сказал Лин Гао, Ph.D., и Цзяньи "Джей" Чжан, М.D., Ph.D., Университет Алабамы в Бирмингеме, авторы-корреспонденты исследования, опубликованного в Science Translational Medicine. "Таким образом, экзосомы, секретируемые клетками сердца, производными hiPSC, улучшают восстановление миокарда без увеличения частоты аритмогенных осложнений и могут обеспечить бесклеточный терапевтический вариант при повреждении миокарда."
В UAB Гао работал докторантом в области биомедицинской инженерии, совместном отделении Медицинской школы UAB и Инженерной школы UAB. Чжан – заведующий кафедрой.
Исследования на крупных животных необходимы для выявления, характеристики и количественной оценки реакции на потенциальные методы лечения. До настоящего исследования возможность использования экзосом hiPSC-CC для сердечной терапии была показана только на мышах и в исследованиях in vitro.
В экспериментах UAB молодым свиньям с экспериментальным сердечным приступом в поврежденный миокард вводили одно из трех препаратов: 1) смесь кардиомиоцитов, эндотелиальных клеток и гладкомышечных клеток, полученных из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, 2) экзосомы, экстрагированные из трех типы клеток, или 3) гомогенизированные фрагменты из трех типов клеток.
Исследователи сделали два основных вывода из исследований свиней. Во-первых, они обнаружили, что измерения функции левого желудочка, размера инфаркта, напряжения стенки, гипертрофии сердца, апоптоза и ангиогенеза у животных, получавших hiPSC-CC, фрагменты hiPSC-CC или экзосомы hiPSC-CC, были аналогичными и значительно улучшились по сравнению с животными, которые выздоровел без какого-либо из трех экспериментальных методов лечения. Во-вторых, они обнаружили, что терапия экзосомами не увеличивает частоту аритмии.
В экспериментах с клетками или кольцами аорты, выращенными в культуре, они обнаружили, что экзосомы, продуцируемые hiPSC-CC, способствуют росту кровеносных сосудов в культивируемых эндотелиальных клетках и изолированных кольцах аорты. Кроме того, экзосомы защищали культивируемые hiPSC-кардиомиоциты от цитотоксических эффектов бессывороточной среды с низким содержанием кислорода, снижая запрограммированную гибель клеток, называемую апоптозом, и поддерживая внутриклеточный гомеостаз кальция, что оказывает прямое положительное влияние на проводимость сердца. Экзосомы также увеличивают содержание клеточного АТФ, что является полезным, поскольку считается, что дефицит клеточного метаболизма АТФ способствует прогрессирующему снижению функции сердца у пациентов с гипертрофией левого желудочка и сердечной недостаточностью.
Исследователи также обнаружили, что некоторые из этих полезных эффектов in vitro также могут быть опосредованы синтетическими имитаторами 15 наиболее распространенных микроРНК, обнаруженных в экзосомах hiPSC-CC. Исследователи отметили, что знания о потенциальной роли микроРНК в клинических применениях все еще далеки от полноты.