Перепрограммировать сердце после инфаркта

Исследователи из Института молекулярной биологии и генетики НАН Украины работают над созданием уникального метода, который поможет буквально обновить сердце после инфаркта.

Инфаркт возникает тогда, когда кровь внезапно прекращает поступать к сердечной мышце. Если очень быстро доставить человека в больницу, все может обойтись без особо негативных последствий. В противном случае, даже если человек выживет после инфаркта, его сердце уже никогда не будет таким, как раньше. Часть клеток сердечной мышцы — кардиомиоцитов — умирает, а их место занимают фибробласты — клетки соединительной ткани. Они не способны сокращаться, как это делают кардиомиоциты, и образуют на сердце что-то вроде шрама, который останется навсегда. Есть, конечно, различные медицинские подходы, которые помогают людям после инфаркта чувствовать себя лучше и жить дольше, но со шрамом эти методы ничего сделать не могут.

 

Группа ученых из Института молекулярной биологии и генетики (ИМБГ) НАН Украины проводит серию фундаментальных исследований, чтобы понять, каким образом можно заставить фибробласты в буквальном смысле этого слова превратиться в клетки сердечной мышцы и, таким образом, обновить сердце. «Дом инноваций» встретился с руководителем проекта старшим научным сотрудником отдела генетики человека ИМБГ Оксаной Пивень, чтобы узнать подробности этих исследований.

 

Секреты специализации

Работы, проводимые группой Оксаны Пивень, связаны с двумя громкими направлениями в современной биологии клетки. Первый — так называемое «перепрограммирование клеток», которое позволяет один вид клеток превратить в другой. Второй — применение технологии CRISPR, или так называемых «генетических ножниц», что позволяет, например, изменять определенные участки ДНК.

 

Каждая нормальная клетка нашего тела имеет одинаковый набор генов. Нервная клетка в мозге, эпителиальная клетка на поверхности кожи и мышечная клетка из бицепса имеют один и тот же набор генов, но выглядят они совершенно по-разному и работают совершенно по-разному. Так происходит потому, что в каждой из них одни гены «выключены» — не работают, а другие гены, наоборот, работают. Говоря простым языком, есть гены, которые делают клетку сердечной мышцы или клетку соединительной ткани тем, чем они являются.

 

Любая из этих клеток или любая другая специализированная клетка формируется из так называемой стволовой клетки. Это неспециализированная клетка, которая способна превратиться в любую специализированную. Из нее можно попробовать «выращивать» мышцы, кожу, кости и т.д. — что угодно, что надо «отремонтировать» или заменить в теле. Именно поэтому сегодня исследованиям стволовых клеток уделяют так много внимания.

 

А вот специализированная клетка уже ни в какую другую превратиться не может. Но японский исследователь Яманака Синъя нашел способ, как «заставить» специализированную клетку превратиться обратно — в стволовую. Его исследования вызвали огромный резонанс, ведь во взрослом теле стволовых клеток очень мало, а теперь их можно получить столько, сколько нужно, и из них можно выращивать то, что нужно.

 

За свои работы в 2012 году Яманака Синъя получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Благодаря его открытию другие исследователи нашли способ, как можно одни специализированные клетки превратить сразу в другие, минуя стадию стволовой клетки.

 

Идея ученых из ИМБГ заключается в том, чтобы заставить фибробласты сердца работать как кардиомиоциты, включив в них определенные гены. Основная задача — понять, как это сделать, не нанеся при этом вреда самой клетке.

 

CRISPR без ножниц

Чтобы фибробласты начали работать как кардиомиоциты, необходимо, чтобы в них активировались 5 мастер-генов. Это такие гены, которые запускают работу целых групп генов, которые в свою очередь обеспечивают клетке ту или иную специализацию. В нашем случае эти мастер-гены называются GATA4, MyoD, Tbx5, Mef2c и HAND2.

 

В более ранних работах по перепрограммированию клеток те или иные гены, которые должны были «переключить» клетку с одной специализации на другую, вносили извне. Для этого их «прикрепляли» к так называемым вирусным векторам (говоря просто, это специальные вирусы), которые затем встраивались в геном клетки. Хотя такая схема работает на культурах клеток или лабораторных животных, но потенциально она рискованна из-за возможных последствий. Например, изменения генома со временем могут стать причиной рака. Поэтому для людей нужно придумать другие способы перепрограммирования клетки.

 

Фибробласты, как и любые другие клетки, содержат кардиальные мастер-гены, но в фибробластах они «спят». Группа из ИМБГ решила «разбудить» их, чтобы превратить эти клетки в кардиомиоциты. Для этого они использовали технологию CRISPR, модифицированную таким образом, что «резать» она уже ничего не способна, зато может находить необходимые гены и включать их. Для каждого из кардиальных мастер-генов нужно подобрать специфическую молекулу — гайд-РНК, взяв для этого несколько сотен молекул-кандидатов. За последние примерно полгода исследователи подобрали гайд-РНК для трех мастер-генов. Осталось подобрать еще два.

 

От клеток к человеку

Сейчас свои исследования ученые проводят на эмбриональных фибробластах крысы. Включая в них отдельные мастер-гены, они наблюдают за тем, как меняется работа клетки, которая теперь должна больше напоминать кардиомиоцит.

 

После того, как будут проведены исследования на эмбриональных клетках, результаты попытаются повторить уже на клетках соединительной ткани, выделенных из сердца крыс, и только после этого — на самых крысах со смоделированным инфарктом.

 

По словам Оксаны Пивень, ее цель состоит в том, чтобы разработать метод лечения инфаркта миокарда у людей. Но это невозможно без понимания фундаментальных процессов, происходящих при этом. Поэтому она надеется, что результаты исследований выльются в публикацию уровня Nature.

 

Но если говорить о медицинском применении, то после крыс результаты исследования надо проверить на клетках человека. «С кардиологами у нас есть связи, и они заинтересованы в этой работе», — говорит Оксана Пивень.

 

После этого наступит очередь доклинических исследований. Скорее всего, они будут проводиться на свиньях, организм которых больше похож на человеческий, чем организм крыс. Если результаты доклиники окажутся положительными, только тогда настанет очередь исследований на пациентах, которые добровольно на это согласятся.

 

Такие исследования в Украине проводятся по строго установленной процедуре, что, в частности, предусматривает, что их участников предупреждают о возможных негативных последствиях.  «Я, конечно, могу ошибаться, но основываясь на биологических знаниях, максимум негативного эффекта, который я могу прогнозировать, заключается в том, что не будет вообще никакого эффекта. Мы не делаем ничего такого, что могло бы навредить пациенту», — утверждает Оксана Пивень.

 

Учитывая, что эффект такой терапии нужно наблюдать хотя бы несколько лет, новая методика лечения инфаркта миокарда может появиться в Украине минимум через 10–15 лет. По словам Оксаны Пивень, ей не известно, чтобы где-то в мире сегодня проводились подобные исследования.

 

На руку нашим ученым играет тот факт, что применение технологии CRISPR у нас фактически никак не регламентируется. Если бы такие исследования проводились на Западе, для них требовались бы специальные разрешения.

 

Сложности команды из ИМБГ заключаются, в частности, в финансировании. Сегодня исследования проводятся на средства гранта от УНТЦ (Украинский научно-технологический центр). Но примерно через год действие этого гранта заканчивается, и поэтому сейчас научные сотрудники находятся в поисках новых источников финансирования, без которых продолжать исследования будет практически невозможно.

 

Необходимость в финансировании прорывного проекта стала одной из тех причин, по которым команда Оксаны Пивень подала заявку на участие в MBioS Challenge — первом украинском конкурсе биомедицинских стартапов, который проводил «Дом инноваций» в первой половине 2018 года. Проект уверенно вошел в число финалистов и стал одним из самых заметных среди сотни участников. Большая, важная цель и достижимость результата этого проекта должны стать достаточным стимулом для партнеров, которые смогли бы поддержать украинских ученых в их начинании, что может навсегда изменить мир. Ведь достаточно лишь стабильного финансирования проекта, а все остальное у команды Оксаны Пивень уже есть.

 

Источник

Другие новости