Способ получения хондроцитов из плюрипотентных стволовых клеток влияет на их характеристики

Повреждения суставных хрящей происходят при ряде заболеваний, например, при артрите. Это сопровождается болью и приводит к ограничению подвижности. Восстановление хрящевой ткани в организме человека идет очень медленно, поэтому ученые активно ищут способы ее регенерации. Группа ученых из Висконсинского университета в Мэдисоне проверила, можно ли использовать для получения хондроцитов плюрипотентные стволовые клетки (ПСК).

В ранних исследованиях в качестве источника хондроцитов (клеток хрящевой ткани) для восстановления суставных хрящей рассматривались мезенхимальные стромальные клетки (МСК). Однако было показано, что МСК не в полной мере пригодны для данной задачи, так как могут приводить к образованию волокнистого хряща вместо гиалинового. ПСК обладают большей способностью к дифференцировке по сравнению с МСК.

В процессе развития эмбриона мезодерма дает начало гиалиновым хрящам конечностей. Черепно-лицевые гиалиновые хрящи образуются из клеток нервного гребня (НГ). Авторы новой работы обрабатывали ПСК, полученные из человеческой крови, разными наборами факторов дифференцировки и направляли их по мезодермальному или эктомезодермальному (через стадию формирования клеток НГ) пути формирования хондроцитов. Для получения клеток хрящевой ткани использовали разработанные ранее протоколы с дополнениями. В частности, ученые выращивали клетки на трехмерной подложке, чтобы увеличить вклад клеточных взаимодействий при дифференцировке.

Оба типа хондроцитов — полученных мезодермальной (МХ) и эктомезодермальной (НГХ) дифференцировкой — имплантировали мышам. В обоих случаях формировалась эктопическая хрящевая ткань. Однако по содержанию коллагенов более близкими к клеткам гиалинового хряща оказались НГХ. Далее полученные хондроциты применили для восстановления повреждений хрящевой ткани у модельных крыс с дефектами суставов. Спустя 16 недель оба типа хондроцитов успешно заполнили места повреждений, однако, по данным гистологического анализа, у НГХ характеристики (качество поверхности, морфология клеток и другие) были лучше.

Транскриптомный анализ показал, что 92% и 94% мРНК-транскриптов в МХ и НГХ соответственно демонстрировали уровни экспрессии, сравнимые с таковыми в нативных хондроцитах. Это означает, что клетки, полученные из ПСК, очень схожи с хондроцитами гиалинового хряща, но не идентичны им.

Авторы отмечают, что в работе впервые проведено сравнение изогенных МХ и НГХ и показали, что НГХ больше подходят для регенерации суставных хрящей. В перспективе полученные результаты могут повлиять на выбор типов клеток для клинического применения.