CRISPR сделал стволовые клетки «невидимыми» для иммунной системы
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско использовали систему редактирования генов CRISPR-Cas9 для создания первых плюрипотентных стволовых клеток, которые функционально «невидимы» для иммунной системы. Такое событие биологической инженерии в лабораторных условиях позволяло предотвратить отторжение трансплантатов стволовых клеток. Поскольку эти «универсальные» стволовые клетки могут изготавливаться более эффективно, чем стволовые клетки, которые делаются специально под каждого пациента — так чаще всего делали раньше — новое открытие приближает регенеративную медицину на шаг ближе к реальности.
CRISPR и стволовые клетки
«Ученые часто рекламируют терапевтический потенциал плюрипотентных стволовых клеток, которые могут созревать в любую ткань взрослого человека, но иммунная система была основным препятствием для безопасной и эффективной терапии стволовыми клетками», говорит Тобиас Деуз, доктор медицины и ведущий автор исследования, опубликованного в Nature Medicine 18 февраля.
Иммунная система не прощает. Она запрограммирована на уничтожение всего, что воспринимается как чужеродное, и тем самым защищает организм от инфекционных агентов и других вторженцев, которые могут нанести ущерб, если дать им свободу действий. Это также означает, что пересаженные органы, ткани или клетки рассматриваются как потенциально опасное проникновение извне, которое неизменно вызывает сильный иммунный ответ, приводящий к отторжению трансплантата. Когда это происходит, говорят, что донор и реципиент «несовместимы по гистосовместимости».
«Мы можем вводить лекарства, которые подавляют иммунную активность и снижают вероятность отторжения. К сожалению, подавители иммунитета делают пациентов более восприимчивыми к инфекциям и раку», объясняет профессор хирургии Соня Шрепфер, старший автор исследования.
В области трансплантации стволовых клеток ученые однажды решили, что проблему отторжения можно решить с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), которые создаются из полностью зрелых клеток, таких как кожа или жировые клетки, перепрограммированные таким образом, чтобы иметь возможность развиваться в любую из множества клеток, составляющих ткани и органы тела. Если клетки, полученные из ИПСК, трансплантировать тому же пациенту, который пожертвовал исходные клетки, думали ученые, организм увидел бы пересаженные клетки как «свои» и не атаковал бы их с помощью иммунной системы.
Однако на практике клиническое использование ИПСК оказалось сложным. По непонятным пока причинам клетки многих пациентов оказались невосприимчивыми к перепрограммированию. Кроме того, производство ИПСК было дорогим и требовало временных затрат на каждого пациента, который лечился терапией стволовых клеток.
«У технологии ИПСК есть много проблем, но самым большим препятствием являются контроль качества и воспроизводимость. Мы не знаем, что делает некоторые клетки неподдающимся перепрограммированию, но большинство ученых согласны с тем, что узнать это пока не получается», говорит Деуз. «Из-за этого большинство подходов к индивидуализированной терапии ИПСК были заброшены».
Деуз и Шрепфер задались вопросом, можно ли обойти эти проблемы, создав «универсальные» ИПСК, которые можно будет использовать любому нуждающемуся пациенту. В своей новой статье они описывают, как после изменения активности всего трех генов, ИПСК получили возможность избегать отторжения после трансплантации получателям с несовместимостью по гистосовместимости, с полностью функциональной иммунной системой.
«Это первый случай, когда кто-либо получает инженерные клетки, которые можно универсально трансплантировать и которые могут выживать у иммунокомпетентных реципиентов, не вызывая иммунного ответа», говорит Деуз.
Ученые впервые использовали CRISPR для удаления двух генов, которые необходимы для правильного функционирования семейства белков, известных как главный комплекс гистосовместимости (ГКГС) класса I и II. Белки ГКГС находятся на поверхности почти всех клеток и отображают молекулярные сигналы, помогающие иммунные системы отличить чужеродное от родного. Клетки, в которых отсутствуют гены ГКГС, не выдают таких сигналов, поэтому не регистрируются как чужеродные. Однако клетки, в которых отсутствуют белки ГКГС, становятся мишенями иммунных клеток, известных как естественные киллеры клеток (NK).
Работая с профессором Льюисом Ланье, команда Шрепфер обнаружила, что CD47, белок клеточной поверхности, выдающий сигнал «не ешь меня» в адрес иммунных клеток — макрофагов — также оказывает сильное ингибирующее действие на NK-клетки.
Полагая, что CD47 может хранить ключ к полному прекращению отторжения, исследователи загрузили ген CD47 в вирус, который доставил дополнительные копии гена в стволовые клетки мыши и человека, из которых были удалены белки ГКГС.
CD47 на самом деле оказался недостающей частью головоломки. Когда исследователи трансплантировали свои трехкомпонентные стволовые клетки мыши несовместимым мышам с нормальной иммунной системой, они не увидели никакого отторжения. Затем они трансплантировали аналогично сконструированные человеческие стволовые клетки так называемым гуманизированным мышам — у которых иммунные системы заменяются компонентами иммунной системы человека — и снова ничего не увидели.
Кроме того, исследователи извлекли различные типы сердечных клеток человека из этих тройных сконструированных стволовых клеток. Полученные из стволовых клеток сердечные клетки смогли прожить достаточно долго и даже сформировать рудиментарные кровеносные сосуды и сердечную мышцу. Возможно, однажды их можно будет использовать для восстановления отказавших сердец.