В чем ценность технологии ИПСК в кардиологических исследованиях?

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), сердечно-сосудистые заболевания, в частности ишемическая болезнь сердца, являются одной из основных причин смерти во всем мире. Сердечно-сосудистые заболевания приводят к примерно 17,9 миллионам смертей ежегодно. Это около 31% всех смертей в мире (1). Медицинские исследователи постоянно работают над способами сокращения этих цифр, включая разработку новых технологий для борьбы с преждевременной смертью от сердечно-сосудистых заболеваний. В этой статье основное внимание будет уделено значению индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) в кардиологических исследованиях .

Что такое индуцированные плюрипотентные стволовые клетки?

ИПСК представляют собой тип плюрипотентных стволовых клеток . Это основные клетки, которые могут дифференцироваться в любую клетку или ткань, в которых нуждается организм. Они генерируются непосредственно из соматических клеток посредством эктопической экспрессии различных факторов транскрипции, таких как

• 4 октября
• Sox2,
• Klf4 и
• c-Myc (OSKM) (2)

Они стали ключевыми инструментами для моделирования биологических процессов, особенно в типах клеток, к которым трудно получить доступ от живых доноров. Многие исследовательские лаборатории работают над повышением эффективности перепрограммирования путем тестирования различных комбинаций факторов транскрипции.

IPSC важны в некоторых областях медицинских исследований

ИПСК стали незаменимыми в ряде различных областей исследований, включая кардиологические.

Это ценное и выгодное технологическое развитие по двум основным причинам:

1. ИПСК могут дифференцироваться в любые необходимые клетки.
2. Они происходят из взрослых клеток пациента (2).

ИПСК против эмбриональных стволовых клеток

Большинство людей слышали об эмбриональных стволовых клетках, которые представляют собой одну из разновидностей плюрипотентных клеток. Как и ИПСК, они могут использоваться для замены или восстановления поврежденных тканей.

Проблема в том, что эмбриональные стволовые клетки обнаруживаются только у эмбрионов на доимплантационной стадии (3). В то время как ИПСК — это взрослые клетки, которые были генетически модифицированы, чтобы работать как эмбриональные стволовые клетки. Таким образом, термин индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.

Разработка ИПСК оказалась полезной, потому что эмбрионы не нужны. Это уменьшает количество споров, связанных с созданием и использованием стволовых клеток. Кроме того, ИПСК от людей-доноров также более совместимы с пациентами, чем ИПСК животных, что делает их еще ближе к своим эмбриональным родственникам.

Японский изобретатель ИПСК, профессор Шинья Яманака получил Нобелевскую премию в 2012 г. «за открытие, что зрелые клетки могут быть перепрограммированы, чтобы стать плюрипотентными». (4) Премия была присуждена доктору Яманака, поскольку эта технология имеет важное медицинское и исследовательское значение.

Что могут делать ИПСК? Ответ: много

ИПСК открывают большие перспективы для трансплантологии. Кроме того, они очень полезны при разработке лекарств и моделировании заболеваний.

ИПСК могут стать важными в трансплантационной медицине, поскольку ткани, полученные из них, почти идентичны клеточным донорам. Это потенциально может снизить вероятность отторжения иммунной системой (5).

В будущем и при наличии достаточного количества исследований весьма вероятно, что исследователи смогут усовершенствовать технологию ИПСК, чтобы она могла эффективно перепрограммировать клетки и восстанавливать поврежденные ткани по всему телу.

ИПСК не нуждаются в эмбрионах и могут быть адаптированы для конкретных пациентов. Это делает их чрезвычайно полезными как для исследований, так и для медицины.

У каждого человека с поврежденными или больными тканями могут быть свои собственные плюрипотентные стволовые клетки, созданные для их замены или восстановления. Конечно, прежде чем это станет реальностью, необходимы дополнительные исследования. На сегодняшний день использование ИПСК в терапевтических трансплантатах очень ограничено.

Материалы по теме: Почему пожертвование печени может однажды спасти мою жизнь

Одной из наиболее важных областей, где в настоящее время используются ИПСК, являются кардиологические исследования. При наличии соответствующих питательных веществ и индукторов ИПСК можно запрограммировать на дифференцировку в любой тип клеток организма, включая кардиомиоциты. Эти специфичные для сердца клетки могут затем служить отличной моделью для скрининга терапевтических препаратов или разработки тестов.

Еще одно важное применение ИПСК в кардиологических исследованиях — технология оптического картирования. В технологии оптического картирования используются высокоскоростные камеры и флуоресцентная микроскопия для изучения этиологии и лечения сердечных аритмий в условиях, близких к пациентам. Обычно это делается путем изучения электрических свойств препаратов многоклеточного сердца. потенциал действия или переходный процесс кальция при высоком пространственно-временном разрешении (6).

Технология оптического картирования может правильно записывать или получать данные с iPSC. ИПСК также полезны для имитации кардиомиоцитов пациента с их особым поведением, что позволяет получать более надежные и качественные данные о сердечных заболеваниях.

Почему ИПСК так полезны в кардиологических исследованиях?

ИПСК являются жизненно важными инструментами в кардиологических исследованиях по следующим причинам:

• Возможность персонализации пациента
• Их успешное использование в лекарственной терапии.
• Возможность моделирования наследственных заболеваний сердца (8).

ИПСК специфичны для пациента, потому что они на 100% генетически идентичны своим донорам. Такая геномная структура позволяет исследователям дополнительно изучать патологию пациентов и разрабатывать терапевтические средства для лечения их сердечных заболеваний.

Индуцированные кардиомиоциты, полученные из плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК-КМ), помогают исследователям прогнозировать кардиотоксичность лекарств, как и широко используемые химиотерапевтические реагенты (10). Подобные прогнозы были почти невозможны до того, как технология iPSC вошла в исследовательскую игру.

Способность ИПСК моделировать заболевания

ИПСК действительно играют важную роль в моделировании заболеваний. Поскольку ИПСК генетически соответствуют своим живым донорам, они уникально полезны для изучения генетических заболеваний сердца, таких как моногенные заболевания. ИПСК помогают исследователям понять, как генотипы болезней на генетическом уровне проявляются как фенотипы на клеточном уровне (5).

Синдром удлиненного интервала QT, состояние, которое влияет на реполяризацию сердца пациента после сердцебиения, является ярким примером моделирования заболеваний на основе ИПСК (7). Этот синдром был успешно смоделирован с использованием ИПСК и является отличной моделью для других многообещающих целевых заболеваний (7).

Синдром удлиненного интервала QT — не единственное заболевание, моделируемое с помощью ИПСК. Также были смоделированы другие сердечные заболевания, такие как кардиомиопатия, связанная с синдромом Барта и лекарственные повреждения почек почек (8).

Основные выводы об iPSCS в кардиологических исследованиях

• ИПСК можно использовать для создания отличных моделей для кардиологических исследований (например, кардиомиоцитов), позволяя исследователям больше узнать об этиологии заболеваний и способах их лечения.
• Поскольку они поступают непосредственно от живых доноров-людей, они на 100% генетически совместимы с донором.
• Во многих случаях ИПСК заменяют потребность в эмбриональных стволовых клетках, что позволяет избежать споров, связанных с использованием эмбрионов для исследований.
• Многие сердечные заболевания являются генетическими, включая аритмии, ишемическую болезнь сердца и кардиомиопатию (9). Исследователи используют ИПСК для проверки кардиотоксичности лекарств, чтобы помочь бороться с разрушительными последствиями этих наследственных сердечных заболеваний. Цель состоит в том, чтобы определить препараты, которые, скорее всего, подействуют, но имеют минимальные побочные эффекты.
• ИПСК могут хорошо работать с технологией оптического картирования для определения точных показателей пораженного сердца. Это позволяет создать индивидуальную терапевтическую стратегию для данного состояния. ИПСК также могут моделировать сердечное заболевание, от которого страдает пациент, чтобы исследователи могли больше узнать о заболевании и способах его лечения.

Итог

С появлением технологии ИПСК появилось множество новых возможностей и приложений в исследованиях и лечении сердечно-сосудистых заболеваний. В ближайшем будущем исследователи надеются, что методы лечения на основе ИПСК станут вариантом для тысяч, если не миллионов пациентов во всем мире.

Еще от этого автора: многообещающее будущее наномедицины и наночастиц

** ЛЮБИТЕ НАШ СОДЕРЖАНИЕ? ПОДПИШИТЕСЬ НА НАШУ БЮЛЛЕТЕНЬ ЗДЕСЬ **

1. Информационный бюллетень о сердечно-сосудистых заболеваниях (ССЗ). Доступно по адресу: https://www.who.int/health-topics/cardiovascular-diseases/#tab=tab_1. По состоянию на 4 мая 2020 г.
2. Такахаши К. и Яманака С. Индукция плюрипотентных стволовых клеток из культур эмбриональных и взрослых фибробластов мыши с помощью определенных факторов. Cell 126, 663–676 (2006).
3. Регенеративная медицина. Департамент здравоохранения и социальных служб. Август 2006 г. Глава 1.
4. Нобелевская премия по физиологии и медицине 2012 г. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Пн. 4 мая 2020 г. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/summary Проверено 4 мая 2020 г.
5. Хуанг, К., Лю, К., Тинг, К. и др. Человеческий iPSC-банкинг: барьеры и возможности. Журнал J Biomed Sci 26, 87 (2019). 1186 / s12929-019-0578-x
6. Аттин М., Клюсин В.Т. Основные понятия о методах оптического картирования в электрофизиологии сердца. Biol Res Nurs. 2009; 11 (2): 195-207. DOI: 10.1177 / 1099800409338516
7. Иланит Ицхаки, Леонид Майзельс, Ирит Хубер, Лимор Цви-Данцис, Орен Каспи, Аарон Винтерстерн, Орен Фельдман, Амира Гепштейн, Гил Арбель, Хаим Хаммерман, Монтер Булос, Лиор Гепштейн. Моделирование синдрома удлиненного интервала QT с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Природа. 2011 10 марта; 471 (7337): 225–229. 2011 16 января. Doi: 10.1038 / nature09747
8. Лоу Л. А. и Тагле Д. А. (2017). Тканевые чипы — инновационные инструменты для разработки лекарств и моделирования заболеваний. Лаборатория. Чип 17, 3026-3036. 10.1039 / C7LC00462A
9. Катиресан С., Шривастава Д. Генетика сердечно-сосудистых заболеваний человека. Cell. 2012; 148 (6): 1242-1257. DOI: 10.1016 / j.cell.2012.03.001
10. Ким Дж. Дж. Применение ИПСК в исследованиях рака. Биомарк Insights. 2015; 10 (Прил.1): 125-131. Опубликовано 29 июля 2015 г. doi: 10.4137 / BMI.S20065