Дослідники з Інституту молекулярної біології і генетики НАН України працюють над створенням унікального методу, який допоможе буквально оновити серце після інфаркту.

Інфаркт виникає тоді, коли кров раптово припиняє надходити до серцевого м'яза. Якщо дуже швидко доправити людину до лікарні, все може минутися без особливо негативних наслідків. У іншому випадку, навіть якщо людина виживе після інфаркту, її серце вже ніколи не буде таким, як раніше. Частина клітин серцевого м'яза – кардіоміоцитів, – вмирає, а їх місце займають фібробласти – клітини сполучної тканини. Вони не здатні скорочуватися, як це роблять кардіоміоцити, й утворюють на серці щось на зразок шраму, який залишиться назавжди. Є, звичайно, різні медичні підходи, які допомагають людям після інфаркту відчувати себе краще і жити довше, але зі шрамом ці методи нічого зробити не можуть.

Група вчених з Інституту молекулярної біології і генетики (ІМБГ) НАН України зараз проводить серію фундаментальних досліджень, щоб зрозуміти, яким чином можна змусити фібробласти в буквальному сенсі перетворитися на клітини серцевого м'яза і, таким чином, оновити серце. «Будинок інновацій» зустрівся з керівником проекту старшим науковим співробітником відділу генетики людини ІМБГ Оксаною Півень, щоб дізнатися подробиці цих досліджень.

Секрети спеціалізації

Роботи, що проводяться групою Оксани Півень, пов'язані з двома гучними напрямками в сучасній біології клітини. Перший – так зване «перепрограмування клітин», яке дозволяє один вид клітин перетворити в інший. Другий – застосування технології CRISPR, або так званих «генетичних ножиць», що дозволяє, наприклад, змінювати певні ділянки ДНК.

Кожна нормальна клітина нашого тіла має однаковий набір генів. Нервова клітина в мозку, епітеліальна клітина на поверхні шкіри і м'язова клітина з біцепса мають один і той самий набір генів, але виглядають вони зовсім по-різному і працюють абсолютно по-різному. Так відбувається тому, що в кожній із них одні гени «вимкнені» – не працюють, а інші гени, навпаки, працюють. Говорячи простою мовою, є гени, які роблять клітину серцевого м'яза або клітину сполучної тканини тим, чим вони є.

Будь-яка з цих клітин або будь-яка інша спеціалізована клітина формується з так званої стовбурової клітини. Це неспеціалізована клітина, яка здатна перетворитися в будь-яку спеціалізовану. З неї можна спробувати «вирощувати» м'язи, шкіру, кістки тощо – що завгодно, що треба «відремонтувати» або замінити в тілі. Саме тому сьогодні дослідженням стовбурових клітин приділяють так багато уваги.

А ось спеціалізована клітина вже ні в яку іншу перетворитися не може. Але японський дослідник Яманака Сін'я знайшов спосіб, як «змусити» спеціалізовану клітину перетворитися знову на стволову. Його дослідження викликали величезний резонанс, адже в дорослому тілі стовбурових клітин дуже мало, а тепер їх можна отримати стільки, скільки потрібно, і з них можна вирощувати те, що потрібно.

За свої роботи в 2012 році Яманака Сін'я отримав Нобелівську премію в галузі фізіології і медицини. Завдяки його відкриттю інші дослідники знайшли спосіб, як можна одні спеціалізовані клітини перетворити відразу в інші, минаючи стадію стовбурної клітини.

Ідея вчених з ІМБГ полягає в тому, щоб змусити фібробласти серця працювати як кардіоміоцити, включивши в них певні гени. Основне завдання – зрозуміти, як це зробити, не завдавши при цьому шкоди самій клітині.

CRISPR без ножиць

Щоб фібробласти почали працювати як кардіоміоцити, необхідно, щоб в них активувалися 5 майстер-генів. Це такі гени, які запускають роботу цілих груп генів, які, в свою чергу, забезпечують клітці ту чи іншу спеціалізацію. У нашому випадку ці майстер-гени називаються GATA4, MyoD, Tbx5, Mef2c і HAND2.

У більш ранніх роботах з перепрограмування клітин ті чи інші гени, які повинні були «перемкнути» клітку з однієї спеціалізації на іншу, вносили ззовні. Для цього їх «прикріплювали» до так званих вірусних векторів (кажучи просто, це спеціальні віруси), які потім вбудовувалися в геном клітини. Хоча така схема працює на культурах клітин або лабораторних тварин, але потенційно вона ризикована через можливі наслідки. Наприклад, зміни геному з часом можуть стати причиною раку. Тому для людей потрібно придумати інші способи перепрограмування клітини.

Фібробласти, як і будь-які інші клітини, містять кардіальні майстер-гени, але у фібробластах вони «сплять». Група з ІМБГ вирішила «розбудити» їх, щоб перетворити ці клітини на кардіоміоцити. Для цього вони використовували технологію CRISPR, модифіковану таким чином, що «різати» вона вже нічого не здатна, зате може знаходити необхідні гени і включати їх. Для кожного з кардіальних майстер-генів потрібно підібрати специфічну молекулу – гайд-РНК, взявши для цього кілька сотень молекул-кандидатів. За останні приблизно півроку дослідники підібрали гайд-РНК для трьох майстер-генів. Залишилося підібрати ще два.

Від клітин до людини

Зараз свої дослідження вчені проводять на ембріональних фібробластах пацюка. Включаючи в них окремі майстер-гени, вони спостерігають за тим, як змінюється робота клітини, яка тепер повинна більше нагадувати кардіоміоцит.

Після того, як будуть проведені дослідження на ембріональних клітинах, результати спробують повторити вже на клітинах сполучної тканини, виділених із серця щурів, і тільки після цього – на самих щурах зі змодельованим інфарктом.

За словами Оксани Півень, її мета полягає в тому, щоб розробити метод лікування інфаркту міокарда у людей. Але це неможливо без розуміння фундаментальних процесів, які відбуваються при цьому. Тому вона сподівається, що результати досліджень вилляться в публікацію рівня Nature.

Але якщо говорити про медичне застосування, то після щурів результати дослідження треба перевірити на клітинах людини. «З кардіологами у нас є зв'язки, і вони зацікавлені в цій роботі», – говорить Оксана Півень.

Після цього настане черга доклінічних досліджень. Швидше за все, вони будуть проводитися на свинях, у організм яких більше схожий на людський, ніж організм щурів. Якщо результати доклінікі виявляться позитивними, тільки тоді настане черга досліджень на пацієнтах, які добровільно на це погодяться.

Такі дослідження в Україні проводяться за суворо встановленою процедурою, що, зокрема, передбачає, що їхніх учасників попередять про можливі негативні наслідки. «Я, звичайно, можу помилятися, але ґрунтуючись на біологічних знаннях, максимум негативного ефекту, який я можу прогнозувати, полягає в тому, що ефекту не буде взагалі. Ми не робимо нічого такого, що могло б нашкодити пацієнту», – стверджує Оксана Півень.

З огляду на те, що ефект такої терапії потрібно спостерігати хоча б кілька років, нова методика лікування інфаркту міокарда може з'явитися в Україні мінімум через 10–15 років. За словами Оксани Півень, їй не відомо, щоб десь у світі сьогодні проводилися подібні дослідження.

На руку нашим вченим грає той факт, що застосування технології CRISPR у нас фактично ніяк не регламентується. Якби такі дослідження проводилися на Заході, для них потрібні були б спеціальні дозволи. Складнощі команди з ІМБГ полягають, зокрема, у фінансуванні. Сьогодні дослідження проводяться на кошти гранту від УНТЦ (Український науково-технологічний центр). Але приблизно через рік дія цього гранту закінчується, і тому зараз наукові співробітники знаходяться в пошуках нових джерел фінансування, без яких продовжити дослідження буде практично неможливо.

Необхідність у фінансуванні проривного проекту стала однією з тих причин, через які команда Оксани Півень подала заявку на участь у MBioS Challenge – першому українському конкурсі біомедичних стартапів, який проводив «Будинок інновацій» у першій половині 2018 року. Проект впевнено увійшов до числа фіналістів і став одним з найпомітніших серед сотні учасників. Велика, важлива мета і досяжність результату цього проекту повинні стати достатнім стимулом для партнерів, які змогли б підтримати українських вчених, що може назавжди змінити світ. Адже достатньо лише стабільного фінансування проекту, а все інше у команди Оксани Півень уже є.

Джерело