У большинства линий индуцированных стволовых клеток нашлись повреждения в ДНК

Исследователи изучили геномы 688 линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и обнаружили в 72 процентах из них серьезные повреждения ядерной ДНК. Терапия с использованием таких клеток — перспективное направление в медицине. В случае успешных испытаний с ее помощью можно будет лечить болезнь Паркинсона, инфекции, патологии глаз и крови. Проведенное исследование говорит о необходимости подробно изучать полученные клетки прежде, чем начинать терапию. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Genetics.

Клеточная терапия может стать востребованной технологией в медицине: ученые считают, что благодаря ей шансы на выздоровление получат пациенты, страдающие от тромбоцитопении, болезни Паркинсона и мышечной атрофии. В основе лечения лежит доставка в организм пациента стволовых клеток, которые трансформировали в определенный тип клеток. После доставки трансформированных клеток происходит регенерация поврежденного органа и восстановление его функций. Кроме того, стволовые клетки можно использовать как строительный материал для выращивания фрагментов кожи и создания биологических протезов клапанов сердца и сосудов.

В качестве источника стволовых клеток раньше предлагали использовать эмбриональные стволовые клетки — клетки, полученные из тканей эмбриона или плаценты. Эта схема несовершенна из-за высокой инвазивности при получении материала и этических проблем, связанных с работой на эмрионах. Сегодня ученые исследуют способы использования индуцированных плюрипотентных стволовых клеток  — клеток кожи или крови взрослого донора, в которых запущены механизмы репрограммирования и возвращения их в недифференцированную стадию. Ученые доказали, что в эмбриональных стволовых клетках нет серьезных мутаций, которые вызывали бы другие болезни, например рак. Но насколько повреждена ДНК в индуцированных стволовых клетках не было понятно.

Ученые из Кембриджского университета под руководством Серены Ник-Зайнал (Serena Nik-Zainal) изучили геномный ландшафт у линий, полученных из кожи (F-hiPSCs) и клеток крови (B-hiPSCs) одного донора, а затем проверили клеточные линии из самого большого банка стволовых клеток — HipSci.

Результаты анализа полногеномного секвенирования линий стволовых клеток от одного донора показали, что в клетках F-hiPSCs преобладали мутации, вызванные УФ-облучением. Из банка HipSci исследователи изучили геномы 452 линий F-hiPSC, полученных от 288 здоровых людей, и обнаружили те же закономерности — 72 процента F-hiPSCs несли мутации ДНК, вызванные ультрафиолетом. При этом оказалось, что мутационная нагрузка не была связана с полом или возрастом доноров. Также исследователи отмечают, что часть мутаций была вызвана перепрограммированием клеток, что дало совершенно разные генетические ландшафты у клонов клеток, полученных от одного донора.

В 236 линиях B-hiPSC ученые не нашли признаков УФ-повреждения, но обнаружили появление мутаций в результате окислительного стресса. Четверть линий несла мутации в гене BCOR, связанного с раком крови. Ученые отметили, что у клеток с такой мутацией есть сложности с дифференцировкой в нейроны: вместо превращения в нервную ткань они развиваются в другие типы клеток.

Чтобы быть уверенным в безопасности стволовых клеток для терапии нужно постоянно использовать секвенирование всего генома для детального поиска ошибок в ДНК. При этом исследователям вовсе необязательно создавать линии клеток с нулевым уровнем мутаций. Цель заключается в том, чтобы узнать как можно больше о характере и степени повреждения ДНК в клетках, чтобы сделать осознанный выбор при их конечном использовании. 

Постепенно появляются случаи успешного применения клеточной терапии. В 2020 году благодаря инъекции стволовых клеток ученые замедлили развитие болезни Паркинсона, а также провели операцию по пересадке кардиомиоцитов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, пациенту с ишемической кардиомиопатией.

Ирина Грищенко