Совместные исследования ученых МФТИ и Гарварда позволили получить клетки сетчатки, которые могут интегрироваться в сетчатку. Это первая успешная попытка трансплантации ганглиозных клеток (нейронов сетчатки, разрушенных глаукомой), полученных из стволовых клеток, в лабораторных условиях. Ученые протестировали технологию на мышах и установили, что клетки успешно интегрировались и выжили в течение года. В будущем исследователи планируют создать специализированные банки клеток, которые позволят проводить индивидуальную терапию для каждого пациента.
Первая в мире успешная попытка выращивать и трансплантировать ганглиозные клетки сетчатки, полученные из стволовых клеток, была предпринята учеными из лаборатории геномной инженерии МФТИ в сотрудничестве с исследователями из Гарвардской медицинской школы. Ганглиозные клетки сетчатки, которые обычно повреждаются при глаукоме, отвечают за передачу зрительной информации. Ученым удалось не только вырастить нейроны (ганглиозные клетки сетчатки считаются специализированными нейронами), но и пересадить их в глаза мышей, добившись правильного врастания искусственной ткани сетчатки. Без лечения глаукома может привести к необратимому повреждению зрительного нерва и, как следствие, к потере части поля зрения. Прогрессирование этого заболевания может привести к полной слепоте.
По словам Евгения Кегелеса, младшего научного сотрудника лаборатории геномной инженерии МФТИ, клетки сетчатки выращивали с использованием специальных органоидов, а ткань формировалась в чашке Петри. Эти клетки впоследствии были трансплантированы нескольким группам мышей. Ученые МФТИ отвечали за повторное выделение и анализ трансплантированных клеток.
"Наши исследования на мышах пролили свет на некоторые из основных вопросов, связанных с заменой клеток сетчатки, т.е.е. могут ли донорские RGC выжить в пораженной сетчатке хозяина? Или трансплантаты возможны только молодым хозяевам?", отметила Джулия Освальд, первый автор статьи и научный сотрудник Института исследований глаза Шепенса, филиала Гарвардской медицинской школы. "Используя мышей, у которых мы использовали микрогранулы для искусственного повышения внутриглазного давления, и модель химически индуцированной нейротоксичности, мы могли показать, что трансплантированные донорские клетки выживают в болезнетворных микросредах. Кроме того, мы смогли продемонстрировать, что клетки выживают независимо от возраста донора и места, куда клетки были доставлены в сетчатке."
По мнению авторов, эти клетки успешно существовали в сетчатке мышей в течение 12 месяцев, что является значительным периодом для данного вида. Ученые подтвердили, что они могли получать сигналы от других нейронов сетчатки; однако способность клеток передавать сигналы в мозг еще предстоит оценить с абсолютной уверенностью.
"Мы уверены, что выращенные клетки внедряются там, где это необходимо, и имеют расширенные аксоны в мозг, но их полную функциональность в настоящее время невозможно оценить из-за относительно небольшого количества клеток, выживших после процедуры. Тем не менее, наше исследование демонстрирует первое доказательство концепции повторного выделения донорских клеток после трансплантации, чтобы наблюдать на молекулярном уровне, что клетки действительно формируют синапсы, вырастают аксоны и интегрируются в сетчатку. Этот метод позволит в будущем проводить бесчисленные исследования перекрестной связи между трансплантированными клетками и микроокружением хозяина. Это позволит нам найти и использовать молекулярные механизмы, которые помогут пересаженным клеткам функционировать должным образом и, как следствие, улучшат зрительную функцию при трансплантации в нужном количестве," объяснил Евгений Кегелес.
Клетки сетчатки мыши можно вырастить из стволовых клеток примерно за 21 день. Однако, по мнению ученых МФТИ, для клеток человека это займет больше времени – от 50 до 100 дней.
Тем не менее, человеку с глаукомой, готовящимся к трансплантации, скорее всего, не потребуется ткань сетчатки, выращенная из его собственных аутологичных стволовых клеток. Поскольку глаз является иммунно-привилегированным органом, отторжение которого встречается редко, для этих пациентов можно создать банк клеток; выращенные клетки сетчатки от универсального донора или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки будут храниться там. Это означало бы, что можно было бы заранее вырастить клетки и заморозить их. Когда пациенту с глаукомой требуется помощь, для трансплантации выбираются наиболее подходящие клетки.
"Нобелевская премия за индуцированные плюрипотентные стволовые клетки была присуждена почти 10 лет назад, в 2012 году," сказал Павел Волчков, руководитель лаборатории геномной инженерии. "Так называемая шумиха, когда буквально все участвовавшие в процессе исследовательские группы считали своим долгом изучить эту тему, давно утихла. Настало время не только слов, но и реальных технологий, основанных на iPS (индуцированных плюрипотентных стволовых клетках). И именно на этой технологии основано исследование трансплантации ганглиозных клеток сетчатки. Это возможность продемонстрировать, что стволовые клетки действительно применимы на практике, что с их помощью что-то можно исправить. Хотя эта работа еще не внедрена в клиническую практику, она находится всего в нескольких шагах от реальной трансплантации с целью лечения глаукомы."
"Это было действительно полезное исследование, в котором мы продемонстрировали, что можно создавать различные нейроны ганглиозных клеток сетчатки в количестве, достаточном для трансплантации. Более того, способность донорских нейронов интегрироваться в пораженную сетчатку и выживать более года вселяет надежду и воодушевление для развития клеточной терапии," добавил Петр Баранов, главный исследователь из Института исследования глаз им. Шепенса при Гарвардской медицинской школе.
По словам ученых, эта технология должна быть готова к использованию в клинической практике примерно через 10 лет.