Технологию повышения выживаемости мезенхимальных стромальных клеток (МСК), используемых для восстановления поврежденных тканей, разработали биофизики Московского физико-технического института совместно с коллегами. Предотвратить гибель стволовых клеток призван специальный «защитный набор» на основе цитопротекторных полимерных наночастиц. Новый подход значительно улучшил выживаемость клеток и повысил эффективность их применения.
Мезенхимальные стромальные клетки — это незрелые клетки-предшественники, способные дифференцироваться в специализированные клетки различных органов и тканей. Важные преимущества МСК — мультипотентность, простота изоляции, самовосстановление и способность перемещаться к местам повреждений. Благодаря этим уникальным особенностям использование мезенхимальных стромальных клеток открывает большие возможности в области регенеративной медицины, борьбы с воспалениями, терапии острых состояний. В настоящее время проводятся более 1300 клинических испытаний, связанных с применением этого вида стволовых клеток в лечении различных заболеваний.
Важнейшая проблема работы с мезенхимальными стромальными клетками — их низкая выживаемость при пересадке в поврежденные ткани. Одна из главных причин гибели МСК — окислительный стресс, нарушающий их способность к самовосстановлению, дифференцировке и делению. Успех применения мезенхимальных стромальных клеток напрямую зависит от преодоления этой проблемы.
Чтобы спасти стволовые клетки от окислительного стресса, ученые МФТИ предложили поместить внутрь клеток своеобразный «защитный набор» из полимерных наночастиц, содержащих силибинин (другое название — силимарин) — главный активный компонент экстракта расторопши пятнистой (Silybum marianum). Это вещество-цитопротектор борется с окислительным стрессом двумя путями: во-первых, само выступает как антиоксидант, взаимодействуя с активными формами кислорода, и, во-вторых, стимулирует повышение уровня антиоксидантных ферментов в клетках, активируя сигнальный путь Nrf2/ARE. Применение технологии существенно повысило устойчивость стволовых клеток к окислительному стрессу и помогло втрое снизить уровень активных форм кислорода внутри клеток.
Увенчались успехом и эксперименты на лабораторных животных. Стволовые клетки, модифицированные наночастицами, лучше приживались на модели механической раны у подопытных мышей. Более того, повреждения у таких животных заживали быстрее и качественнее в сравнении с мышами, которых лечили стволовыми клетками без наночастиц, и контрольной группой, не получавшей МСК.
Заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ Михаил Олегович Дурыманов.
Фото: из личного архива М.О. Дурыманова
Деталями и перспективами метода с «Научной Россией» поделился руководитель проекта, заместитель заведующего лабораторией специальных клеточных технологий МФТИ Михаил Олегович Дурыманов:
«Предлагаемый подход, с одной стороны, очень прост: нужно пипеткой добавить в клеточную культуру раствор с наночастицами, которые в течение часа поглощаются клетками и спустя еще несколько часов начинают действовать. Но поскольку, по сути, это классическая hit-and-run-технология, которая требует обработки клеток “на месте”, то сразу возникают несколько “подводных камней” на пути клинического внедрения конечного продукта, — рассказал М.О. Дурыманов. — Например, клетки нужно правильно хранить и культивировать, порошок с частицами должен быть тщательно размешан в нужной концентрации, потом клетки надо в определенное время собрать и применять. Все это на самом деле сложно с точки зрения медицинского использования, поскольку весь процесс включает несколько этапов, требует необходимые навыки работы с клеточными культурами и четкой логистики. Однако роботизация процесса подготовки МСК на базе специализированных медицинских центров позволит сделать его более воспроизводимым и коммерчески доступным».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
Авторы подхода уверены, что новаторская технология повысит эффективность клеточной терапии с применением МСК, так как модификация цитопротекторными нанокапсулами поможет клеткам лучше адаптироваться и успешно переносить трансплантацию. При успешном внедрении в клиническую практику новый метод клеточной защиты значительно расширит возможности использования мезенхимальных стромальных клеток в различных видах терапии.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник изображения на превью: drmicrobe / фотобанк 123RF
Фото в тексте: из личного архива М.О. Дурыманова
Фото в галерее: Анастасия Каплина / пресс-служба МФТИ