Детская прогерия: роль эндотелия сосудов

Исследователи из Университета Дюка создали биоинженерную модель кровеносных сосудов, показывающую механизм развития редкой и во многом загадочной болезни — детской прогерии, или синдрома Гетчинсона-Гилфорда. Результаты работы опубликованы в журнале Stem Cell Reports.

Синдром Гетчинсона-Гилфорда приводит к стремительному старению организма в совсем юном возрасте (выделяют также прогерию взрослых, или синдром Вернера). Старение проявляется в выпадении волос, морщинистой коже, дистрофии мышц и подкожной жировой клетчатки, поражении суставов. Но наиболее опасная патология — быстрое развитие атеросклероза, поэтому болезнь приводит к преждевременной смерти, обычно в возрасте от 10 до 20 лет, из-за сердечно-сосудистых патологий. Детская прогерия относится к очень редким заболеваниям, считается, что в настоящее время в мире от нее страдают 250 человек.

Причина болезни — мутация в гене Lamin A, при которой образуется белок прогерин. Он накапливается в клетках кровеносных сосудов, и именно его считают ответственным за развитие атеросклероза. Исследования показали, что больше всего прогерина образуется в гладкомышечных клетках, образующих промежуточный слой стенки сосудов. Но до сих пор оставалась неясной роль клеток эндотелия — внутреннего слоя сосудистой стенки.

Чтобы разобраться в механизме развития атеросклероза при детской прогерии, ученые использовали биоинженерный подход, при котором выращивали модели кровеносных сосудов, используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Их получали из фибробластов, перепрограммируя их по стандартному протоколу, а затем, воздействуя на ИПСК определенными факторами роста, направляли их дифференцировку на получение клеток стенки сосудов.

Ранее команда под руководством Джорджа Труски, профессора Университета Дюка, уже разработала 3D-биоинженерную модель кровеносных сосудов, которые были сконструированы из гладкомышечных клеток, выращенных из ИПСК пациентов с прогерией, и эндотелиальных клеток, выращенных из ИПСК здоровых доноров. На этой модели они исследовали роль гладкомышечных клеток в развитии заболевания, но она не показывала роль эндотелиальных клеток. Теперь же ученые изменили протокол эксперимента. Они получали ИПСК, перепрограммируя фибробласты пациентов с прогерией, а затем стимулировали дифференцировку клеток по двум путям развития, в результате чего получали от одних и тех же пациентов и гладкомышечные и эндотелиальные клетки сосудов.

«Эндотелий накапливает токсичный белок на гораздо более низком уровне, чем слой гладкомышечных клеток сосудов, — объясняет Надя Абуталеб, соавтор статьи, специалист по биомедицинской инженерии из Университета Дюка. — Поэтому ранее исследования были в основном сосредоточены на гладкомышечных клетках, а роль эндотелия в развитии заболевания изучали только в статичной клеточной культуре. Мы впервые использовали для исследования роли эндотелия динамичную 3D модель сосудов».

В динамичной 3D-модели через биоинженерный сосуд протекал ток жидкости. Модель, в которой оба слоя сосудистой стенки были выращены из ИПСК, полученных от пациентов с прогерией, проявляла сниженную способность к вазоконстрикции (сужению) и вазодилатации (расширению) в ответ на воздействие физиологически активных веществ, например, ацетилхолина. Если же в модели сосуда только эндотелиальные клетки были мутантными (то есть получены от пациентов с прогерией), а гладкомышечные получены от здоровых доноров, оставалась сниженной способность к вазодилатации.

Ученые также нашли, что в мутантных эндотелиальных клетках прогерин накапливается так же, как и в гладкомышечных. Более того, в эндотелиальных клетках, полученных от пациентов с прогерией, появлялись молекулы, характерные для воспалительных процессов, в частности, молекулы клеточной адгезии CAM-1 и E-selectin. Все говорило о том, что эндотелиальные клетки с мутантным геном играют самостоятельную роль в атеросклеротическом поражении сосудов при прогерии.

Специалисты рассчитывают, что разработанная ими биоинженерная модель не только помогает разобраться в механизмах детской прогерии, но и может быть использована для поиска способов лечения.

«Поскольку эта болезнь очень редка, трудно набрать достаточное количество пациентов для проведения клинических исследований, — подчеркивает профессор Труски. — Мы надеемся, что наша платформа обеспечит альтернативный путь для тестирования потенциальных лекарственных средств».