В исследовании, опубликованном 9 июня журналом Stem Cell Reports и финансируемом Национальным институтом сердца, легких и крови, мультиинституциональная исследовательская группа сообщает о всеобъемлющей характеристике большого набора индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Специализированные ИПСК перепрограммируются из клеток кожи взрослого человека или пуповинной крови младенца и могут превращаться в клетки любого типа в организме — состояние, называемое плюрипотентностью, которое имитирует функцию эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК).
Ученые, входящие в Консорциум клеточной биологии-предшественника, работают над тем, чтобы эта растущая область медицинских исследований опиралась на безопасную и надежную науку.
Хотя технология для производства безопасных и эффективных ИПСК существует, авторы исследования сообщают, что они столкнулись с неожиданным количеством шатких производственных процессов для клеток. Сюда входят некоторые клеточные линии, зараженные бактериями или несущие гены и мутации, связанные с раком.
«Для нас было очень удивительно большое количество нестабильных клеточных линий, выявленных в ходе исследования, что подчеркивает важность установления стандартов безопасности для лечения стволовыми клетками», — сказала Кэролин Луцко, доктор философии, старший автор и директор по трансляционным разработкам в Translational Core. Лаборатории в медицинском центре детской больницы Цинциннати. «Большое количество клеточных линий, которые мы изучили, соответствовали стандартам качества, хотя неожиданное количество линий, которые не соответствовали этим стандартам, не могло быть использовано для клинической терапии."
Исследователи также объявили о создании онлайн-портала и базы данных, размещенных по адресу https: // www.синапс.org /. Это дает ученым открытый доступ к данным исследования, чтобы поддержать их собственные исследования потенциальных методов лечения стволовыми клетками на основе ИПСК.
Это позволяет исследователям сравнивать качество и стабильность ИПСК, полученных в их собственных лабораториях, с результатами текущего исследования.
Разные инструменты, разные результаты
Исследователи сравнили 58 различных линий ИПСК, представленных разными учреждениями. Клетки были созданы с использованием различных генов, методов и клеток происхождения, таких как клетки кожи взрослого человека или клетки пуповинной крови младенца.
ИПСК оценивали на генетическую стабильность, степень плюрипотентности и ряд других научных критериев.
Генетическая стабильность имеет решающее значение для безопасности ИПСК, чтобы избежать риска экспериментальной терапии, вызывающей рак или другие медицинские проблемы. Также жизненно важно, чтобы — до получения инструкции стать конкретным типом клеток — линии ИПСК непрерывно обновлялись и расширялись в виде чистого листа без внесения генетических ошибок.
Исследователи также сравнили молекулярные и функциональные характеристики ИПСК с человеческими эмбриональными стволовыми клетками, которые редко используются в качестве золотого стандарта для сравнительного анализа качества.
Насколько хорошо 58 линий ИПСК соответствовали критериям качества, зависело от происхождения перепрограммированных клеток (кожа vs. кровь, мужчина vs. самка) и специфические методы перепрограммирования. Различные методы включали в себя множество генов перепрограммирования, векторы (сконструированные вирусы, доставляющие генетический материал в клетки) или использование плазмид (небольшие молекулы ДНК, которые могут доставлять гены репрограммирования).
Тест на тератому
Плюрипотентность означает, что ИПСК могут генерировать клетки из каждой из трех основных линий зародышевых клеток, образующих тело — энтодермы (область кишечника), эктодерма (эпидермис, нервная ткань и т. Д.).) и мезодермы (мышцы, клетки крови и т. д.).
Плюрипотентность может быть проверена, чтобы определить, способны ли линии ИПСК образовывать так называемые тератомы — доброкачественные опухоли, состоящие из разных типов клеток (зубов, костей, мозга и т. Д.).).
По словам Луцко, считалось, что линии ИПСК низкого качества не могут быть плюрипотентными, хотя до настоящего исследования эта теория не подвергалась тщательной проверке из-за высокой стоимости. Это побудило Луцко и ее коллег проверить, могут ли все линии ИПСК — как высокого, так и низкого качества — образовывать тератомы.
Для этого исследователи вводили лабораторным моделям мышей разные линии ИПСК, чтобы увидеть, образовали ли они опухоли, и, во-вторых, содержат ли опухоли образцы клеток каждого из трех разных типов половых клеток. Тесты показали, что как генетически стабильные, так и нестабильные линии ИПСК образуют тератомы с клетками всех трех зародышевых листков.
Хотя генетически нестабильные линии ИПСК продемонстрировали плюрипотентность, в клиническом контексте возникает опасение, что они также могут привести к раку, что еще раз подчеркивает необходимость безопасных методов перепрограммирования, по мнению авторов исследования.
Биология в компьютере
Исследование сочетало крупномасштабное молекулярное тестирование и определение характеристик в лабораторных условиях с компьютерным анализом под руководством первого автора исследования, Натана Саломониса, доктора философии, исследователя из отдела биомедицинской информатики в Cincinnati Children’s. Саломонис использовал вычислительные подходы для изучения и генерации больших наборов данных о взаимодействии между различными методами клеточного программирования, регуляции генов и функционального качества ИПСК.
Эти данные выявили новые и тонкие контрольные признаки линий ИПСК, которые уже утратили способность вырабатывать все необходимые типы взрослых клеток, сказал Саломонис.
Этот массивный набор необработанных обработанных данных стал доступен через онлайн-портал и базу данных.
Исследователи консорциума с нетерпением ждут, что Саломонис сказал, что они проверит, насколько хорошо разные линии ИПСК могут трансформироваться в очень специфические типы клеток, такие как клетки мозга, сердца, легких и другие клетки человеческого тела. После проверки и публикации данных по этим тестам консорциум также добавит эту информацию в онлайн-базу данных в качестве общедоступного ресурса.
Все лабораторные тесты и анализы качества текущего исследования были переданы через Cincinnati Children’s.
По словам Луцко, который также является доцентом педиатрии в Медицинском колледже Университета Цинциннати и директором отделения регенеративной медицины и клеточной терапии в Центре крови Хоксворта в Цинциннати, медицинский центр служил как ядром исследования характеристик клеток, так и ядром биоинформатики.