Перепрограмувати серце після інфаркту

Перепрограмувати серце після інфаркту

Дослідники з Інституту молекулярної біології та генетики НАН України працюють над створенням унікального методу, який допоможе буквально оновити серце після інфаркту.

Інфаркт трапляється тоді, коли кров раптово припиняє надходити до серцевого м’язу. Якщо дуже швидко доставити людину в лікарню, все може обійтися без особливо поганих наслідків. В іншому разі, навіть якщо людина виживе після інфаркту, її серце вже ніколи не буде таким, як раніше. Частина клітин серцевого м’язу — кардіоміоцитів, — вмирає, а їх місце займають фібробласти — клітини сполучної тканини. Вони не здатні скорочуватися, як це роблять кардіоміоцити, і утворюють на серці щось на зразок шраму, що залишиться на завжди. Є, звісно, різні медичні підходи, які допомагають людям після інфаркту почуватися краще і жити довше, але зі шрамом ці методи нічого вдіяти не можуть.

Група науковців із Інституту молекулярної біології та генетики (ІМБГ) НАН України зараз проводить серію фундаментальних досліджень, щоб зрозуміти, яким чином можна змусити фібробласти в буквальному сенсі цього слова перетворитися на клітини серцевого м’язу і, таким чином, оновити серце. «Дім інновацій» зустрівся із керівником проекту, старшим науковим співробітником відділу генетики людини ІМБГ Оксаною Півень, щоб дізнатися подробиці цих досліджень.

Секрети спеціалізації

Роботи, які проводить група Оксани Півень, пов’язані із двома гучними напрямками в сучасній біології клітини. Перший — так зване перепрограмування клітин, яке дозволяє один вид клітин перетворити на інший. Другий — застосування технології CRISPR або так званих «генетичних ножиць», що дозволяє, наприклад, змінювати певні ділянки ДНК.

Кожна нормальна клітина нашого тіла має однаковий набір генів. Нервова клітина в мозку, епітеліальна клітина на поверхні шкіри та м’язова клітина із біцепсу мають один і той же набор генів, але виглядають вони зовсім по-різному і працюють зовсім по-різному. Так відбувається тому, що в кожній із них одні гени «вимкнені» — не працюють, а інші гени, навпаки, працюють. Кажучи простою мовою, є гени, які роблять клітину серцевого м’яза або клітину сполучної тканини тим, чим вони є.

Перепрограмувати серце після інфаркту

Будь-яка із цих клітин чи будь-яка інша спеціалізована клітина походить від так званої стовбурової клітини. Це неспеціалізована клітина, яка здатна перетворитися на будь-яку спеціалізовану. З неї можна спробувати «вирощувати» м’язи, шкіру, кістки тощо — будь-що, що треба «відремонтувати» або замінити в тілі. Саме тому сьогодні дослідженням стовбурових клітин приділяють так багато уваги.

А ось спеціалізована клітина вже ні на яку іншу перетворитися не може. Але японський дослідник Яманака Сін’я знайшов спосіб, як «змусити» спеціалізовану клітину перетворитися назад — на стовбурову. Його дослідження викликали величезний резонанс, адже в дорослому тілі стовбурових клітин дуже мало, а тепер їх можна отримати стільки, скільки потрібно, і з них можна  вирощувати те, що потрібно.

За свої роботи в 2012 році Яманака Сін’я отримав Нобелівську премію в галузі фізіології та медицини. Завдяки його винаходу інші дослідники знайшли спосіб, як можна одні спеціалізовані клітини перетворити відразу на інші, оминаючи стадію стовбурової клітини.

Ідея науковців з ІМБГ полягає в тому, щоб змусити фібробласти серця працювати як кардіоміоцити, увімкнувши у них певні гени. Основна задача — зрозуміти, як це зробити, не завдавши  при цьому шкоди самій клітині.

CRISPR без ножиць

Щоб фібробласти почали працювати як кардіоміоцити необхідно, щоб в них активувалися 5 мастер-генів. Це такі гени, які запускають роботу цілих груп генів, які в свою чергу забезпечують клітині ту чи іншу спеціалізацію. У нашому випадку ці мастер-гени називаються GATA4, MyoD, Tbx5, Mef2c та HAND2.

У більш ранніх роботах із перепрограмування клітин ті чи інші гени, які мали «перемкнути» клітину з одної спеціалізації на іншу, вносили із-зовні. Для цього їх «причіпляли» до так званих вірусних векторів (кажучи просто, це спеціальні віруси), які потім вбудовувалися в геном клітини. Хоча така схема працює на культурах клітин чи лабораторних тваринах, але потенційно вона ризикована через можливі наслідки. Наприклад, зміни геному з часом можуть стати причиною раку. Тому для людей потрібно придумати інші способи, як перепрограмувати клітини.

Фібробласти, як і будь-які інші клітини, містять кардіальні мастер-гени, але у фібробластах вони «сплять». Група із ІМБГ вирішила «розбудити» їх, щоб перетворити ці клітини на кардіоміоцити. Для цього вони використали технологію CRISPR, модифіковану таким чином, що «різати» вона вже нічого не здатна, зате може знаходити необхідні гени і вмикати їх. Для кожного із кардіальних мастер-генів потрібно підібрати специфічну молекулу — гайд-РНК, перебравши для цього кілька сотень молекул-кандидатів. За останні приблизно півроку дослідники підібрали гайд-РНК для трьох мастер-генів. Залишилося підібрати ще два.

Від клітин до людини

Зараз свої дослідження вони проводять на ембріональних фібробластах щура. Вмикаючи в них окремі мастер-гени, дослідники спостерігають за тим, як змінюється робота клітини, що тепер має більше нагадувати кардіоміоцит.

Перепрограмувати серце після інфаркту

Після того, як будуть проведені дослідження на ембріональних клітинах, результати спробують повторити вже на клітинах сполучної тканини, виділених із серця щурів, і лише після цього — на самих щурах, зі змодельованим інфарктом.

За словами Оксани Півень, її мета полягає в тому, щоб розробити метод лікування інфаркту міокарда у людей. Але це неможливо без розуміння фундаментальних процесів, що відбуваються при цьому. Тому вона сподівається, що результати досліджень виллються в публікацію рівня Nature.

Але якщо говорити про медичне застосування, то після щурів результати дослідження треба перевірити на клітинах людини.

«З кардіологами в нас є зв’язки, і вони зацікавлені у цій роботі», – каже Оксана Півень.

Після цього настане черга преклінічних досліджень. Швидше за все, що вони проводитимуться на свинях, у яких організм більше подібний до людського, ніж організм щурів. Якщо результати преклініки виявляться позитивними, лише тоді настане черга досліджень на пацієнтах, які добровільно на це погодяться.

Такі дослідження в Україні проводяться за строго встановленою процедурою, що, зокрема, передбачає те, що їхніх учасників попереджають про можливі негативні наслідки.

«Я, звісно, можу помилятися, але ґрунтуючись на біологічних знаннях, максимум негативного ефекту, який я можу прогнозувати, полягає в тому, що не буде взагалі ніякого ефекту. Ми не робимо нічого такого, що могло б нашкодити пацієнту», – стверджує Оксана Півень.

Враховуючи, що ефект такої терапії потрібно спостерігати хоча б кілька років, нова методика лікування інфаркту міокарда може з’явитися в Україні щонайменше через 10-15 років. За словами Оксани Півень, їй не відомо, щоб будь-де у світі сьогодні проводилися подібні дослідження.

Перепрограмувати серце після інфаркту

На руку нашим науковцям грає той факт, що застосування технології CRISPR в нас фактично ніяк не регламентується. Якби такі дослідження проводилися на Заході, вони потребували б спеціальних дозволів.

Складнощі команди з ІМБГ полягають, зокрема, у фінансуванні. Сьогодні дослідження проводяться на кошти гранту від УНТЦ (Український науково-технологічний центр). Але приблизно за рік дія цього гранту завершується, і тому зараз наковці в пошуках нових джерел фінансування, без яких продовження дослідження буде практично неможливим.

Необхідність у фінансуванні проривного проекту стала однією з тих причин, з яких команда Оксани Півень подала заявку на участь в MBioS Challenge — першому українському конкурсі біомедичних стартапів, який проводив «Дім інновацій» в першій половині 2018 року. Проект впевнено увійшов до числа фіналістів і став одним з найпомітніших серед сотні учасників. Велика, важлива мета і досяжність результату цього проекту повинні стати достатнім стимулом для партнерів, які змогли б підтримати українських вчених в їх починанні, що може назавжди змінити світ. Адже достатньо лише стабільного фінансування проекту, а все інше у команди Оксани Півень уже є.



Leave a Reply