Колонии недифференцированных человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) – округлые плотные массы клеток. Плоские удлиненные клетки между ними – фибробласты, используемые в качестве фидерного слоя для роста ЭСК.
Ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско впервые создали функциональную ткань человеческого тимуса из эмбриональных стволовых клеток. Пересаженная мышам, эта ткань стимулирует образование белых клеток крови, необходимых организму для нормального иммунного ответа и предотвращения патологических аутоиммунных реакций.
Ученые, получившие клетки тимуса, вызывающие при трансплантации пролиферацию и созревание функциональных иммунных клеток, считают, что это достижение знаменует собой важный шаг на пути к новым потенциальным методам лечения на основе стволовых клеток, трансплантации органов, новым методам терапии диабета 1 типа и других аутоиммунных заболеваний, а также иммунодефицитов.
Начав с человеческих эмбриональных стволовых клеток, ученые во главе с иммунологом Марком Андерсоном, MD, PhD, и директором Центра диабета UCSF Матиасом Хеброком, PhD, использовали уникальное сочетание факторов роста, определяющих направление развития клеток, и, в конечном итоге, нашли формулу, позволившую получить функциональную ткань тимуса.
Как сообщается в интернет-издании журнала Cell Stem Cell, полученная ткань способна обеспечивать рост и развитие белых клеток крови, известных как Т-клетки. Т-клетки – основная популяция иммунных клеток, реагирующая на конкретные патогены, а также предотвращающая разрушение иммунной системой собственных тканей организма.
Марк Андерсон, MD, PhD, (слева) и Матиас Хеброк, PhD.
Тимус – маленькая железа, находящаяся в верхней части груди под грудиной, но небольшой размер не умаляет ее роли в организме: люди с нарушением функции тимуса умирают от инфекций уже в раннем возрасте.
Учитывая инвазивный характер клеточной терапии, остающейся пока только экспериментальным методом, результаты трансплантации полученной в лаборатории ткани тимуса, вероятно, будут изучаться на больных со смертельными заболеваниями, для которых не существует эффективных методов лечения, говорит доктор Андерсон. Одной из таких болезней может быть синдром Ди Джорджи, при котором дети рождаются без вилочковой железы и умирают в младенчестве.
Однако еще более глубокое влияние это достижение может оказать на трансплантацию тканей – цель развивающейся области терапии, основанной на стволовых клетках. Сейчас использование этих методов ограничено свойством иммунной системы отторгать трансплантированные клетки. Для трансплантации стволовые клетки могут быть направлены одновременно по двум траекториям развития, чтобы образовать как ткань тимуса, так и пересаживаемый орган. По мнению доктора Андерсона, трансплантация того и другого могла бы позволить преодолеть отторжение без медикаментозной иммуносупрессии.
Тимус является средой, в которой Т-клетки созревают и где они обучаются отличать «я» от «не-я». Одни Т-клетки готовятся тимусом для атак на «иностранных захватчиков», в том числе, на трансплантаты, в то время как другие Т-клетки, атакующие наши собственные ткани, тимус уничтожает.
Подобным же образом ткань тимуса может однажды быть использована для «переучивания» иммунной системы при аутоиммунных заболеваниях.
Модель получения и созревания клеток-предшественников эпителия тимуса (thymic epithelial progenitors, TEPs), дифференцированных из человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESCs), в организме бестимусных голых мышей (athymic nude mice). (1) TEPs получены из hESC in vitro с использованием указанного сочетание нескольких факторов. (2) В конце стадии 4 TEPs трансплантируются под почечную капсулу тимус-дефицитных голых мышей, где происходит in vivo созревание TEPs в эпителиальные клетки тимуса (TECs). (3) В присутствии полученных из hESCs TECs прогениторные Т-клетки организма-хозяина созревают из CD4−CD8− DN Т-клеток (белые) в CD4+CD8+ DP (зеленые) и одиночные позитивные (single positive, SP) Т-клетки (синие и красные). (4) Функциональные Т-клетки мигрируют к периферии, где опосредуют иммунные реакции, такие как отторжение аллогенных кожных трансплантатов.
Ученые открыли множество белков и факторов роста, активных в процессе эмбрионального развития и имеющих ключевое значение для формирования органов. Доктор Хелброк потратил годы, пытаясь получить инсулин-секретирующие бета-клетки поджелудочной железы, погибающие при диабете.
Сориентироваться в поиске возможностей в управлении образованием различных тканей Хелброку и другим ученым помог ряд «контрольных точек» – последовательное появление специфических белков-маркеров в процессе развития клеток в разные органы желудочно-кишечного тракта.
Чтобы «подобраться» к клеткам тимуса, ученые следовали десяткам протоколов, каждый из которых имел свое время включения ключевых факторов. «Если бы мы использовали один из факторов на день длиннее или короче, он бы не сработал», - поясняет Хелброк.
Ученые предупреждают, что они не создали копию тимуса: использованный в этом исследовании протокол позволил дифференцировать в клетки тимуса только около 15 процентов эмбриональных стволовых клеток.
Тем не менее, по словам доктора Андерсона, «они разработали инструмент, который позволяет модулировать иммунную систему так, как это никогда не было возможно раньше».
Источник: LifeSciencesToday
