Количество мышечных клеток-предшественников, получаемых из ИПСК для лечения миодистрофии, можно увеличить вдвое

Исследователи из США и Италии под руководством сотрудников Института медицинских открытий Сэнфорда Бернема Пребиса (Ла-Хойя, Калифорния) продемонстрировали новый подход, позволяющий получить в два раза больше терапевтических миогенных клеток из человеческих ИПСК, чем при использовании существующих протоколов. Их статья опубликована в Stem Cell Reports.

Восстановление мышечной ткани при мышечных дистрофиях (например, мышечной дистрофии Дюшенна) остается одной из наиболее важных задач регенеративной медицины. Существует острая потребность в надежных источниках функциональных мышечных стволовых клеток. Таким источником могут стать человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), которые можно направленно дифференцировать в клетки-предшественники скелетных мышц (skeletal muscle progenitor cells или SMPC). Недавно Управление по контролю пищевых продуктов и лекарств США (FDA) одобрило первое клиническое исследование клеточной терапии пациентов с миодистрофией Дюшенна.

Однако существующие протоколы дифференцировки клеток не идеальны: при использовании трансгенного подхода остается высоким риск интеграции экзогенной вирусной/плазмидной ДНК, а при трансген-независимом подходе полученные клетки оказываются гетерогенными, функционально незрелыми, и выход слишком низок для терапевтических применений. Авторы нового исследования предложили инновационное решение: они выбрали мишенью фундаментальный клеточный сигнальный путь.

Путь JAK2/STAT3 (янус-киназа 2 / сигнальный трансдуктор и активатор транскрипции 3) известен своей ролью в регуляции пролиферации, дифференцировки и метаболизма различных типов стволовых клеток, включая мышечные стволовые клетки (muscle stem cells, MuSC). Предыдущие работы на мышиных моделях показали, что временное ингибирование этого пути способствует экспансии MuSC и улучшает регенерацию мышц. Это позволяло предположить, что аналогичный подход может оптимизировать получение SMPC из ИПСК человека in vitro.

Ученые проверили, увеличит ли ингибирование JAK2/STAT3 количество миогенных клеток в существующем трансген-независимом протоколе дифференцировки ИПСК. Они идентифицировали временное окно между 12-м и 30-м днями дифференцировки, когда путь JAK2/STAT3 активен. В этот критический период они добавляли в культуральную среду низкие дозы (2,5 мкМ) ингибитора JAK2/3 — AG490. Это временное воздействие приводило к подавлению фосфорилирования STAT3 по тирозину-705 (pSTAT3^Y705) и снижению его транскрипционной активности, что подтверждалось снижением уровня экспрессии SOCS3, индуцируемого STAT3.

Важнейшим результатом стало то, что временное ингибирование пути JAK2/STAT3 примерно вдвое увеличило популяцию клеток, экспрессирующих транскрипционный фактор PAX7 — золотой стандарт маркировки мышечных стволовых и прогениторных клеток. Более того, оно способствовало ацетилированию PAX7, которое связано с повышением способности клеток к самовосстановлению и симметричному делению — это свидетельствует о более зрелом и эффективном клеточном фенотипе.

Для дальнейшей очистки клеток использовали поверхностный маркер CD54/ICAM-1, который коэкспрессируется с PAX7 и специфически экспрессируется в SMPC на поздних стадиях развития. Транскриптомный анализ полученных клеток-предшественников также подтвердил смещение профиля с эмбриональной стадии в сторону более поздней, фетальной или неонатальной.

Подтверждением функциональности клеток стала успешная трансплантация: очищенные CD54+ SMPC, полученные из ИПСК человека, приживались в мышцах иммунодефицитных мышей (предварительно поврежденных хлоридом бария) и участвовали в регенерации, формируя новые мышечные волокна, экспрессирующие человеческий дистрофин.

Таким образом, временное подавление сигнального пути JAK2/STAT3 позволяет преодолеть ключевые ограничения регенеративной медицины, одновременно увеличивая количество и качество терапевтических клеток. Этот подход открывает новые перспективы для лечения дегенеративных заболеваний мышц.

Новый аденоассоциированный вирус проникает в мышцы, минуя печень