Биоинженеры под руководством специалистов из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета научились превращать человеческие фибробласты в меланоциты – клетки, которые синтезируют темный пигмент меланин. Им удалось добиться этого с помощью прямого перепрограммирования.
Как говорят авторы, это исследование поможет в разработке новых лекарств для лечения заболеваний кожи, например, витилиго, когда нарушается пигментация. Кроме того, результаты этой работы могут использоваться для разработки новых методов диагностики меланомы на самых ранних стадиях заболевания.
Почему прямое перепрограммирование лучше
В клеточной и регенеративной медицине в настоящее время могут использоваться эмбриональные стволовые клетки или клетки взрослого организма, которым возвращают плюрипотентность – возможность развиваться практически в любые клетки и ткани организма. Это так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Впервые такие клетки были получены профессором Яманакой из Киотского университета в 2006 году, за что он вместе с Джоном Гёрдоном получил Нобелевскую премию в 2012 году.
В последние несколько лет появилась альтернатива такому методу. Ученые научились напрямую перепрограммировать клетки взрослого организма из одного типа в другой, минуя стволовую стадию.
Это очень важно, поскольку именно в стволовой стадии скрывается опасность: всегда остается риск, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки не справятся со своей плюрипотентностью и разовьются в раковую опухоль. Эта одна из причин, которая тормозит применение этой технологии в клинической практике.
«За счет прямого перепрограммирования мы не проходили через стадию плюрипотентных стволовых клеток, а сразу превратили фибробласты в меланоциты. Поэтому в этом случае не было риска развития раковой опухоли», - объясняет ведущий автор исследования доктор Сяовей Сюй (Xiaowei Xu).
Выбрать три фактора
Чтобы добиться такого результата, ученые проделали огромную работу. Для начала им необходимо было выяснить, какие транскрипционные факторы принимают участие в образовании меланоцитов. Таких факторов оказалось десять. Протестировав их действие, ученые выбрали три фактора - SOX10, MITF и PAX3, обработали ими фибробласты, что и запустило процесс их превращения в меланоциты.
«Нам пришлось проделать огромную работу. Мы протестировали комбинации всех десяти факторов друг с другом и смотрели, как это работает. В результате, мы пришли к выводу, что данные три фактора – самые важные», - говорит Сюй.
Затем ученые протестировали действие этих трех транскрипционных факторов на мышиных эмбриональных стволовых клетках. И тест показал хороший результат: фибробласты превращались в меланоциты. Такого же результата удалось добиться и при действии транскрипционных факторов на человеческие фетальные стволовые клетки. Дальнейшие исследования показали, что полученные таким способом меланоциты прекрасно функционировали не только в культуре, но и в организме животных они продуцировали пигмент меланин.
Как добавляют ученые, их исследование поможет не только в разработке новых методов лечения кожных заболеваний, прежде всего, витилиго, но и может стать новым методом изучения развития меланомы.
«Можно сформировать меланоциты из фибробластов кожи пациентов с меланомой, чтобы понять, почему у них стало формироваться раковое заболевание. Эти клетки можно также использовать для поиска компонентов, которые препятствовали бы развитию меланомы», - говорит доктор Сюй.
Статья о превращении фибробластов в меланоциты опубликована в последнем номере журнала Nature Communications.
