Стволовые клетки могут превращаться в другие, обновляя таким образом ткани тела. В том числе — сердечного миокарда после инфаркта. В новом исследовании ученые МФТИ использовали паракринные факторы, которые выделяют созревающие кардиомиоциты (клетки сердца), чтобы дифференцировать собственные мезенхимальные клетки красного костного мозга пациента. В результате те приобрели основные свойства мышечных клеток миокарда. Работа выполнена при поддержке РНФ (грант №25-65-00037) и опубликована в журнале Biomedicines.
Одним из самых передовых направлений в медицине стала регенеративная терапия. Ее цель — восстановление поврежденной или пораженной заболеванием ткани с помощью трансплантации или использования стволовых клеток, которые способны дифференцироваться во многие другие типы клеток. Попав в пострадавший орган или ткань, стволовые клетки заменяют собой погибшие. По происхождению они могут быть, например, эмбриональными, фетальными (полученные из зародыша) или индуцированными плюрипотентными (iPSC). Последние получают из других клеток путем их «перепрограммирования». Обычно это сложный и дорогой процесс, однако новая работа российских ученых показала более эффективную и доступную альтернативу.
Исследователи МФТИ, Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского и Национального медицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина (Новосибирск) разрабатывают методы получения мышечных клеток сердца (кардиомиоцитов) и изучают их свойства. Ученые обратили внимание на мезенхимальные стволовые клетки — те, которые могут превращаться в костную, хрящевую или жировую ткань. Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) — перспективный материал для лечения повреждений миокарда. То есть самого мощного слоя мышц сердца, который обеспечивает непрерывное сокращение органа всю жизнь человека.
В рамках новой работы мезенхимальные стволовые клетки получали из образцов красного костного мозга пациентов. Это кроветворный орган, где постоянно образуются все новые клетки крови. Его пробы массой 1–2 грамма извлекли во время операций на открытом сердце, сразу после вскрытия грудной клетки. Далее из образцов выделяли стволовые клетки, которые помещали в среду культивирования, где до того находились кардиомиоциты, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток по стандартному протоколу.
Соответствие полученных из красного костного мозга клеток сердечным подтвердили с помощью иммуногистохимического окрашивания, оптического картирования и метода патч-кламп. Это электрофизиологическая методика для изучения поведения ионных каналов на клеточной мембране, при которой ее фрагмент изолируют с помощью специальной микропипетки и наблюдают проходящие через мембрану ионные токи. Патч-кламп выявил основные типы ионных токов, которые характерны для кардиомиоцитов (натриевые, кальциевые и калиевые).
Под микроскопом ученые различили вытянутую стержневидную форму клеток, что характерно для нормальных зрелых тканей сердца. Более того, у них отметили поперечную исчерченность и спонтанные кальциевые волны (колебания). Так называют повторяющиеся изменения концентрации ионов Ca2+ внутри живых клеток. Они нужны для передачи биологических сигналов и управления внутриклеточными процессами, такими как мышечное сокращение. Выходит, дифференцированные с помощью нового подхода клетки приобрели многие свойства настоящих клеток миокарда. Более того, новые клетки близки к «родительским» (послужившим источником паракринных факторов) по временным характеристикам угасания кальциевых колебаний.
Когда оба типа клеток росли в общей среде (так называемое кокультивирование), их кальциевые колебания синхронизировались. Это говорит о согласованной работе мышечных клеток разного происхождения, которая необходима для нормального сердечного ритма. В то же время интенсивность потока ионов в мембранах клеток соответствовала не вполне зрелым кардиомиоцитам. Клетки проходили дифференциацию по нужному пути, но не полностью ее завершили. Тем не менее биофизики считают, что на фоне синхронизированной активности дифференцированных клеток с кардиомиоцитами они вполне подходят для ремонта тканей и могут стать ценным инструментом для исследований.
Важно, что новый протокол «параллельной дифференциации» устраняет необходимость подстраивания под конкретного пациента, ведь новые клетки получают на основе его собственных. По сравнению с имеющимися альтернативами, метод на основе паракринных стимулов проще и эффективнее. Не нужны ни дорогая генная инженерия, ни сложные коктейли из химических веществ. Метод подходит для наработки близких по свойствам к кардиомиоцитам клеток, необходимых при моделировании заболеваний сердца, для фармакологического тестирования новых лекарств, а в будущем возможно также для использования в регенеративной медицине.
«Мы разработали подход, позволяющий направленно превращать мезенхимальные стволовые клетки костного мозга пациента в кардиомиоцитоподобные клетки с помощью сигнальных молекул, выделяемых iPSC-производными кардиомиоцитами. В ходе работы показано, что такие клетки приобретают структурные и функциональные признаки сердечной ткани, включая поперечную исчерченность, кальциевые колебания и электрическую активность. Мы считаем, что технология открывает возможности для создания персонализированных моделей сердечных заболеваний, фармакологического тестирования и дальнейшего развития регенеративных подходов после повреждения миокарда»,— поделилась Вероника Литвиненко, инженер-исследователь лаборатории экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ.
Работа выполнена при поддержке РНФ (грант №25-65-00037).
Научная публикация: Litvinenko, V., Alkhateeb, R., Romanova, S., Kovalenko, S., Dzhabrailov, V., Popov, M. A., Slotvitsky, M., Agafonov, E. G., Dontsov, V. V., Frolova, S., Zybin, D. I., Shumakov, D. V., Romanov, A., Agladze, K., & Tsvelaya, V. A. (2026). Paracrine Induction of Cardiomyogenic Differentiation in Patient-Specific MSCs Using Conditioned Medium from iPSC-CMs. Biomedicines, 14(4), 919.
DOI: https://doi.org/10.3390/biomedicines14040919
