Сердце не может регенерировать мышечную ткань после того, как сердечный приступ убил часть мышечной стенки. Эта мертвая ткань может растягивать окружающие мышцы, что приводит к смертельному увеличению сердца.
Биомедицинские инженеры считают, что они могут помочь больному сердцу, используя плюрипотентные стволовые клетки для роста клеток сердечной мышцы за пределами тела, а затем вводя эти мышечные клетки или добавляя пластырь, сделанный из этих клеток, на месте мертвой сердечной ткани или рядом с ним. Доказательства экспериментальных и клинических испытаний этого подхода показали умеренное улучшение насосной способности левого желудочка сердца.
Однако способность доставленных клеток ремускуляризовать сердце и улучшать сердечную функцию зависит от качества этих клеток. Проблема заключалась в низкой скорости приживления трансплантата трансплантированными клетками.
Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме теперь сообщают о простом методе улучшения качества доставляемых клеток, и они обнаружили, что этот метод – проверенный на модели сердечного приступа у мышей – удваивает скорость приживления кардиомиоцитов, полученных из инъецированных стволовых клеток. В исследовательском письме в журнал Circulation соавторы Рамасвами Каннаппан, доктор философии.D., и Цзяньи "Джей" Чжан, М.D., Ph.D., говорят, что их надежный подход к отбору функционально компетентных, неповрежденных ДНК-клеток из гетерогенной популяции может быть легко принят в клинических условиях для получения клеток, которые лучше способны повторно заселять ишемический миокард и улучшать работу сердечной недостаточности.
Чжан является председателем UAB Biomedical Engineering, объединенного отделения Медицинской школы и Инженерной школы UAB, и имеет диплом T. Майкл и Джиллиан Гудрич учредили кафедру инженерного лидерства. Каннаппан – доцент кафедры биомедицинской инженерии UAB.
Для трансплантации сердечных клеток требуются миллионы стволовых клеток или их дифференцированных производных. Размножение клеток в условиях ускоренного роста – распространенный способ получить такое большое количество клеток; но ускоренный рост вызывает культурный стресс, включая летальное повреждение ДНК. Эти поврежденные ДНК клетки не подходят для трансплантации клеток и должны быть удалены из клеточных препаратов.
Исследователи обнаружили, что они могут активировать фактор транскрипции p53 в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, чтобы избирательно индуцировать запрограммированную гибель клеток или апоптоз, особенно в ДНК-поврежденных клетках, сохраняя при этом клетки без повреждений. Они использовали Nutlin-3a, ингибитор MDM2, чтобы активировать p53. После обработки Nutlin-3a мертвые клетки были отмыты от культуры, а оставшиеся клетки без повреждений ДНК нормально культивировались и дифференцировались в кардиомиоциты.
Затем они вводили 900000 полученных кардиомиоцитов в пограничную зону в левом желудочке модели сердечного приступа мыши. Четыре недели спустя исследователи обнаружили значительно более высокую скорость приживления, около 14 процентов, в сердцах, которые получили кардиомиоциты без повреждений ДНК. Приживление кардиомиоцитов контрольного происхождения составило около 7%.
"Насколько нам известно," Каннаппан и Чжан сказали, "это первое исследование, показывающее, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки без повреждений ДНК могут быть отобраны путем активации p53 в индуцированных культурах плюрипотентных стволовых клеток, и что кардиомиоциты без повреждений ДНК обладают повышенным потенциалом приживления сердца."
Предыдущие исследования показали, что поврежденные ДНК стареющие клетки не подвергаются гибели. Вместо этого они остаются в ткани с измененными функциями, которые могут изменить микросреду ткани и способствовать фенотипам старения других клеток. Это может быть одним из объяснений преимущества приживления кардиомиоцитов, полученных без повреждений ДНК.
Каннаппан говорит, что метод удаления поврежденных ДНК клеток может иметь более широкое применение.
"Поскольку это подход, основанный на малых молекулах, для отбора клеток без повреждений ДНК," он сказал, "его можно применять к любому типу стволовых клеток, хотя условия отбора необходимо оптимизировать и оценивать. Другие подходы со стволовыми клетками для лечения таких заболеваний, как нейродегенеративные заболевания, травмы головного и спинного мозга и диабет, могут выиграть, если мы воспользуемся нашим методом."