Трансплантация костного мозга (гемопоэтических стволовых клеток) стала стандартом лечения множества состояний, включая онкологические заболевания крови и лимфатической системы, серповидноклеточную анемию, наследственные метаболические нарушения и лучевое поражение. К сожалению, часто трансплантация костного мозга не помогает из-за реакции отторжения со стороны иммунной системы пациента или реакции «трансплантат против хозяина», при котором введенные клетки костного мозга атакуют здоровые клетки пациента. Эти состояния могут оказаться фатальными. Известно, что мезенхимальные стромальные клетки (МСК) вырабатывают соединения, которые модулируют иммунную систему и смягчают перечисленные проблемы в исследованиях на животных. Тем не менее, результаты клинических исследований эффективности МСК неудовлетворительные, так как они быстро выводятся из организма и могут провоцировать атаку иммунной системы пациента. Попытки инкапсулировать МСК в защитные объемные гидрогели также провалились, потому что МСК в такой массивной оболочке нельзя вводить внутривенно.
Исследователи из Института Висса, Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона и Гарвардской инициативы по стволовым клеткам сообщили, что создали технологию инкапсуляции одиночных клеток, которая эффективно защищает трансплантированные МСК от выведения и иммунной атаки и повышает эффективность трансплантации костного мозга у мышей.
Трехмерное схематическое изображение ядра (сине-зелёный) и цитоскелета (желтый) одной инкапсулированной мезенхимальной стромальной клетки (МСК), окруженной тонким слоем альгинатного гидрогеля (фиолетовый). Источник: Wyss Institute.
Клеточная терапия становится все более распространенной для лечения ряда заболеваний, а инкапсулированные клетки могут быть заморожены и разморожены с минимальным влиянием на их функции. Это имеет большое значение для практического применения в медицине.
Открытие основано на методе, который группа разработала ранее: микрожидкостное устройство для покрытия отдельных живых клеток тонким слоем гидрогеля на основе альгината. Клетки покрывают капсулами из микрогеля, которые настолько малы, что их раствор можно вводить внутривенно, в отличие от объемных гидрогелей, созданных другими методами. Инкапсулированные таким образом МСК оставались в легких мышей в десять раз дольше, чем «чистые» МСК, и сохраняли жизнеспособность до трех дней.
Поскольку клиническая привлекательность МСК заключается в секреции соединений, которые модулируют иммунную систему организма, исследователям необходимо было проверить, как инкапсуляция в микрогеле повлияет на способность клеток функционировать и противостоять иммунной атаке. Они изменили микрогель, добавив соединение, которое сплавляется с альгинатом и делает микрогель более жестким. Кроме того, они культивировали инкапсулированные МСК, стимулируя их деление и производство большего числа клеток. МСК с новым микрогелем в организме мышей были в пять раз устойчивее по сравнению с предыдущей конструкцией и сохранялись на порядок дольше по сравнению с чистыми МСК.
Чтобы спровоцировать иммунный ответ на МСК, группа инкубировала инкапсулированные клетки в среде, содержащей коровью эмбриональную сыворотку, которая распознается организмом как чужеродный агент, а затем ввели их мышам. Скорость выведения этих МСК была выше, чем без иммунной активации, но в пять раз ниже, чем у чистых МСК. Микрогели также превосходили чистые МСК при введении мышам с ранее случившимся иммунным ответом – это модель пациентов, которым показано неоднократное введение стволовых клеток.
МСК под воздействием воспалительных цитокинов повышают экспрессию иммуномодулирующих генов и синтез соответствующих белков. Исследователи решили проверить, влияет ли инкапсуляция на этот ответ. Они обнаружили, что чистые и инкапсулированные МСК имели схожие уровни экспрессии генов при воздействии тех же цитокинов, то есть микрогели не влияют на эффективность МСК.
Группа вводила MСК-содержащий микрогель мышам одновременно с аллогенным (донорским) костным мозгом, как совместимым, так и несовместимым. Через девять дней у мышей, которые получали инкапсулированные МСК, аллогенных клеток костного мозга в их костном мозге и крови стало вдвое больше по сравнению с мышами, которые не получали МСК. Инкапсулированные МСК также повышали степень приживления аллогенных клеток в костном мозге реципиента по сравнению с чистыми МСК.
Срез МСК (синего цвета) в тонком слое комбинированного альгинатного микрогеля (пурпурного цвета). Источник: Wyss Institute.
Одной из сильных сторон данной работы является то, что в ней не используется генетический подход для увеличения выживаемости клеток в условиях пересадки костного мозга, она дополняет методы генной инженерии. Фактически, новый подход может быть более эффективным и безопасным, чем попытка напрямую модифицировать иммунные клетки.
Авторы надеются продемонстрировать клиническую жизнеспособность техники в ближайшем будущем.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Wyss Institute: Helping transplanted stem cells stick around and do their jobs.
