Новые клетки и ткани научились выращивать одним прикосновением к коже

Американские биоинженеры из Университета штата Огайо провели удивительный эксперимент в области регенеративной медицины.

Они создали небольшое гибкое устройство с наночипом, которое наклеивается на кожу, как пластырь. Требуется всего несколько секунд, чтобы наночип доставил в клетки кожи специальные агенты, которые перепрограммируют их в любые другие клетки.

Если клетки кожи повреждены в результате раны или ожога, устройство может перепрограммировать их в здоровые клетки или в новые кровеносные сосуды - в результате рана начинает быстро заживать. Можно перепрограммировать клетки кожи и в нейроны, которые затем при инъекции помогут восстановить мозг после инсульта или при различных нейродегенеративных заболеваниях (болезни Хантингтона, Паркинсона и т.д).

Пока методику тестировали на животных – мышах и свиньях. И исследования уже показали хорошие результаты.

О своей работе авторы рассказывают в свежем выпуске журнала Nature Nanotechnology. 

В клеточной медицине в настоящее время в основном используются либо эмбриональные клетки, либо клетки взрослого организма, которым возвращают плюрипотентность. Сразу стоит отметить, что большинство  методов клеточной медицины находится на стадии эксперимента.

Эмбриональные стволовые клетки по понятным этическим соображениям применяются очень редко и работы с ними часто ограничены.

В основном применяются так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Впервые такие клетки были получены профессором Яманакой из Киотского университета в 2006 году, за что он даже получил Нобелевскую премию в 2012 году. Для этого берутся клетки взрослого организма (в основном это клетки кожи).

Затем с помощью определенных манипуляций (при воздействии транскрипционных факторов и т.д)  их возвращают как бы в эмбриональную первоначальную стадию, когда они не имели какой-то определенной специализации. Так им возвращают плюрипотентность – способность превращаться в любые другие клетки. А уже затем из плюрипотентной стадии опять же при помощи специальных агентов их превращают уже в нужные специализированные клетки – например, клетки крови, нейроны, кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы), гепатоциты (клетки печени) и т.д.

Но в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках скрывается серьезная опасность – всегда остается риск, что они не справятся с плюрипотентностью и разовьются в раковую опухоль. Эта одна из причин, которая тормозит применение этой технологии в клинической практике.

В последние несколько лет появилась альтернатива такому методу. Ученые научились напрямую перепрограммировать клетки взрослого организма из одного типа в другой, минуя «опасную» стволовую стадию. Это так называемое прямое перепрограммирование. Например, клетки кожи сразу можно перепрограммировать в кардиомиоциты или в нейроны. Для этого часто используют вирусный вектор, при помощи которого в клетку доставляют определённый ген или, например, дополнительную копию гена.

Но все эти методы требуют выделения клеток, затем дальнейшего их преобразования - то есть очень трудоемкие.

Ученые и Университета штата Огайо придумали оригинальный способ превращения клеток кожи без использования вирусов. Генетический материал они решили доставлять в клетки кожи с помощью наночипа.

«С помощью такой технологии можно восстанавливать поврежденные органы», - говорит ведущий автор исследования доктор Чаньдань Сэнь (Chandan Sen).

В первом эксперименте ученые нанесли устройство на сильно поврежденную кожу конечностей мышей. Повреждение было настолько сильным, что затрудняло кровоток. Наночип зарядили составом, который должен был перепрограммировать клетки кожи в клетки кровеносных сосудов. Через неделю на конечностях сформировались новые сосуды. Через две недели рана полностью зажила и кровоток восстановился.

В другом эксперименте у мышей с помощью такого же наночипа, но уже с другой «начинкой» клетки кожи превратили в нейроны. Затем эти нейроны ввели в мозг животных, пострадавших после инсульта. И нейроны там прижились.

«Вообразить это сложно. Но наш метод и правда работает. С помощью нашей технологии мы можем превратить клетки кожи в клетки любого органа и ткани – это одно прикосновение прибора и перепрограммирование начинается. Что важно, процедура неинвазивная. И никакого иммунного отторжения вновь созданных клеток не происходит, поскольку они не чужеродны организму», -говорит Сэнь.

Конечно, добавляют ученые, это только самое начало разработки метода. Но уже в следующем году они планируют приступить к испытанию на людях.