Ученые получили мышечные клетки в культуре для лечения миодистрофии

У пациентов с мышечной дистрофией и другими заболеваниями, сопровождающимися деградацией и ослаблением мышц, рост скелетной мускулатуры осложнен. Участники программы Стволовые Клетки (Stem Cell Program) Детского Госпиталя Бостона (Boston Children's Hospital, США) смогли увеличить мышечную массу и обратить заболевание у мышей с моделью миодистрофии Дюшена благодаря «коктейлю» из трех веществ. Введя эти соединения в культуру стволовых клеток, полученных из клеток кожи пациента, исследователи успешно вырастили мышечные клетки человека в лаборатории.

Руководитель программы Стволовые Клетки, сотрудник Медицинского Института Ховарда Хьюса (Howard Hughes Medical Institute, США) и доктор медицины Леонард Зон (Leonard Zon) надеется запустить клинические испытания, чтобы начать трансплантацию полученных клеток пациентам с потерей мышечной массы уже в ближайшие месяцы. По словам ученого, разработанный метод скрининга соединений, подробно описанный в журнале Cell, может применяться и для многих других заболеваний.

№1 Данио рерио

Метод скрининга лекарственных препаратов начинается с рыбки данио рерио – одного из популярных модельных объектов. Зон и его коллеги поместили бластомеры (клетки эмбриона на очень ранней стадии развития) данио в 384-луночные культуральные планшеты, добавив в каждую лунку одно из исследуемых соединений. Это позволило одновременно проверить 2400 соединений в поиске вещества, ускоряющего рост зачаточных мышечных клеток прозрачной рыбки по мере их роста.

В ходе предыдущей работы лаборатории Зона на данио рерио был разработан препарат, полученный из биологически активных веществ простагландинов. Препарат увеличивает число стволовых клеток крови; в настоящее время он проходит вторую фазу клинических испытаний. Однако теперь исследователи генетически модифицировали модельный организм, создав новые прогениторные (клетки-предшественники) мышечные клетки, выявляющиеся зеленым флуоресцентным свечением, и мышечные фибриллы, светящиеся красным.

«Автоматизированные системы могут получать изображения, позволяющие оценить 384 лунки в рамках недели, по сравнению с несколькими месяцами, необходимыми в более ранних методиках», - говорит Зон, являющийся членом Отделения Гематологии и Онкологии Детского Госпиталя Бостона (Boston Children's Division of Hematology/Oncology) и Гарвардского Института Стволовых Клеток (Harvard Stem Cell Institute, HSCI, США).

№2 Мыши

Исследования на данио рерио позволили обнаружить шесть соединений, повышающих число прогениторных клеток скелетной мускулатуры.

«Одно из наших соединений, форсколин, помимо прочего, повышал долю прижившихся трансплантированных прогениторных клеток в мышцах мышей», - говорит Зон.

(Несмотря на то, что форсколин не одобрен Американской Ассоциацией по Контролю за Пищевыми Продуктами и Лекарственными Препаратами (Food and Drug Administration, FDA), он с давних времен используется для лечения множества заболеваний и продается в качестве пищевой добавки.)

№3 Пациент-специфичные клетки

Зон с коллегами перешли к культуре клеток человека, работая с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК), полученными путем репрограммирования клеток кожи пациентов с мышечной дистрофией Дюшена обратно в стволовое состояние

«Модели многих мышечных заболеваний ранее было невозможно точно воспроизвести с помощью ИПСК, - отмечает Зон, - Никто не мог «заставить» ИПСК формировать скелетную мышцу».

Исследователи установили, что сочетание трех небольших соединений (форсколина, основного фактора роста фибробластов и ингибитора фермента киназы гликогенсинтазы-3 GSK-3beta ) позволило перепрограммировать ИПСК в мышечные клетки, успешно прижившиеся у мышей.

Следующей целью Зона является пересадка этих мышечных клеток из культуры к пациентам в ходе клинических испытаний, которые, как надеется исследователь, пройдут в ближайшие годы. Возможно, он начнет пытаться увеличить мышечную массу в определенном участке организма, но в случаях, подобных миодистрофии Дюшена, лечение будет представлять собой серию локальных инъекций в различных участках организма.

Границы применения

Зон полагает, что сочетание быстрого скрининга данио рерио с пациент-специфичными ИПСК значительно увеличит скорость терапевтических разработок, позволив ученым быстро проверять большие количества веществ и возможных условий культивирования. Затем ученые создадут короткий список соединений для продолжения тестирования на человеческих ИПСК, воспроизводящих заболевание в параметрах, сравнимых с модельными мышами.

Лаборатория Зона уже запатентовала свою платформу для широкоформатного химического скрининга в данио.

«Подбор условий для создания различных тканей из ИПСК является сложной задачей, - говорит Зон, - Мы создали эффективную систему для обнаружения необходимых химических веществ. Поскольку она довольно быстрая, нам не нужно выдвигать гипотезу для проведения эксперимента, можно просто провести скрининг, получить результаты и увидеть, что мы ищем».

По материалам Boston Children's Hospital

Оригинальная статья:
Cong Xu, Mohammadsharif Tabebordbar, Salvatore Iovino, Christie Ciarlo, Jingxia Liu, Alessandra Castiglioni, Emily Price, Min Liu, Elisabeth R. Barton, C. Ronald Kahn, Amy J. Wagers, Leonard I. Zon. A Zebrafish Embryo Culture System Defines Factors that Promote Vertebrate Myogenesis across Species. Cell, 2013; 155 (4): 909 DOI: 10.1016/j.cell.2013.10.023