Мышам восстановили миокард после инфаркта с помощью мРНК

Американские исследователи разработали препарат на основе матричной РНК (мРНК), с помощью которого добились восстановления сердечной мышцы у мышей после обширного инфаркта. В эксперименте у животных значительно улучшилась сократительная функция сердца, а также уменьшились образование рубцовой ткани и воспаление в месте некроза. Процессу разработки и испытаний методики посвящены две статьи в The Journal of Cardiovascular Aging.

Инфаркт миокарда происходит в результате перекрытия какого-либо сосуда сердца тромбом (чаще всего в результате разрушения атеросклеротической бляшки). В отсутствие кровоснабжения в питаемом этим сосудом участке клетки сердечной мышцы (кардиомиоциты) погибают — возникает зона некроза. Поскольку зрелые, дифференцированные кардиомиоциты обладают крайне низкой способностью к размножению, этот дефект заполняет соединительная ткань — формируется рубец, из-за которого снижается общая сократимость миокарда, развивается сердечная недостаточность и резко возрастает риск тяжелых осложнений.

С развитием биотехнологий многие научные коллективы искали пути воздействия на зону некроза. В их числе разработка коллагенового наполнителя со стимулирующим регенерацию белком эпикарда FSTL1, введение плацентарных стволовых клеток, попытки трансплантации перепрограммированных в кардиомиоциты клеток соединительной ткани, использование экзосом эмбриональных стволовых клеток и другие. Более того, «заплатки» с гидрогелем и индуцированными стволовыми клетками уже одобрены к испытаниям на людях.

Тем не менее, перечисленные методики имеют существенные ограничения, такие как ограниченная эффективность, чрезмерная сложность и стоимость, или высокий риск побочных эффектов. Поэтому разные исследователи пытаются «заставить» сердечную мышцу регенерировать самостоятельно. С этой целью, например, у экспериментальных животных выключали гены Erbb2 (у нокаутных мышей) и Salvador сигнального пути Hippo (с помощью аденовирусного вектора). Однако довести подобные технологии до клинического использования пока крайне сложно.

Чтобы упростить задачу, сотрудники Хьюстонского университета, Онкологического центра М. Д. Андерсона, Техасского университета A&M и компании Animatus Biosciences под руководством Роберта Шварца (Robert Schwartz) прибегли к технологии биоразлагаемой синтетической модифицированной мРНК (она получила мировую известность после разработки противоковидных вакцин компаниями Pfizer/BioNTech и Moderna). Преимущество подобных препаратов состоит в том, что они обеспечивают выработку заданного белка, не взаимодействуя с генетическим аппаратом клетки, и распадаются, выполнив свою функцию.

Мишенью для воздействия был выбран сывороточный фактор ответа (SRF). Этот регуляторный белок запускает как размножение незрелых кардиомиоцитов, так и их последующее созревание. Причем делает это с помощью разных сигнальных путей: NANOG и OCT4 (опосредованно) в первом случае, NKX2.5 и GATA4 — во втором.

С помощью сайт-направленного мутагенеза SRF исследователи получили его вариант SRF153(A3), названный STEMIN, который активирует NANOG и OCT4, но не NKX2.5 и GATA4, то есть частично дедифференцирует кардиомиоциты и стимулирует их размножение. Для усиления пролиферации этих клеток было решено использовать известный ранее мутантный белок YAP5SA сигнального пути Hippo.

Добавив мРНК, кодирующую STEMIN и YAP5SA, в культуру зрелых мышиных кардиомиоцитов, исследователи пронаблюдали активацию заданных сигнальных путей, экспрессию «стволовых» генов и репликацию ядер клеток.

В следующем эксперименте 100 микрокраммов мРНК STEMIN и YAP5SA с реагентом для трансфекции вводили в пять участков левого желудочка сердца мышей через пять минут после искусственно вызванного инфаркта. Через сутки у части мышей основной и контрольной групп взяли образцы миокарда для микроскопической и иммуногистохимической (по белкам ДНК-реплисомы) оценки размножения и пролиферации кардиомиоцитов. У остальных животных из обеих групп в течение четырех недель наблюдали за состоянием и функционированием сердечной мышцы с помощью эхокардиографии, после чего также изготовили образцы для гистологического и иммуногистохимического исследования.

Выяснилось, что уже через сутки после экспериментального лечения в пораженном инфарктом миокарде происходит выраженная экспрессия белков реплисомы ORC2, MCM2, CLASPIN и фосфогистона H3, а также киназы ATR (индикатора S-фазы клеточного деления) и транскрипционных факторов стволовых клеток, таких как NANOG. В контрольной группе ничего подобного не наблюдалось.

Спустя четыре недели зона инфаркта у мышей после введения мРНК STEMIN и YAP5SA в среднем составила лишь три процента от общей площади желудочков против 17 процентов в контрольной группе. Средний показатель фракции выброса (основного индикатора сердечной функции) у них был вполне нормальным (порядка 50 процентов), а не значительно пониженным (около 30 процентов), как в отсутствие лечения. Кроме того, в основной группе была существенно ниже степень фиброза миокарда и практически не наблюдалось его воспалительной инфильтрации иммунными клетками по сравнению с контрольной.

«Индуцирование регенерации тканей кратковременным воздействием мРНК STEMIN и YAP5SA может стать действенной и безопасной стратегией лечения тяжелой болезни сердца у людей», — заключили авторы работы. Тем не менее, для воплощения в реальной жизни нужно будет оценить эффективность препарата в более поздние сроки, чем пять минут после инфаркта (как в описываемом эксперименте) и испытать его на добровольцах.

В 2010-х годах о препаратах на основе мРНК стали говорить как о новом классе лекарств. Помимо упомянутых выше прививок от ковида разработаны и проходят испытания мРНК-вакцины против множества инфекций (например, малярии) и даже их переносчиков — клещей. Кроме того, исследуется возможность применения мРНК-препаратов для лечения рассеянного склероза и рака.