Одним из главных направлений в биологии стволовых клеток является исследование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (чиПСК), полученных впервые в 2007 году [1]. В настоящее время была продемонстрирована возможность дифференцировки in vitro чиПСК во многие специфические типы клеток, такие как кардиомиоциты [2], гепатоциты [3], эпителий сетчатки [4] и др. Данные исследования имеют огромное значение для регенеративной медицины, поскольку дают возможность избежать целого ряда технических трудностей и этических проблем, связанных с получением и использованием специфичных для конкретного пациента линий эмбриональных стволовых клеток. Тем не менее, чиПСК еще не достаточно изучены, и, в частности, в настоящий момент отсутствуют полноценные данные по сравнению потенциала к дифференцировке чиПСК и эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК).
В совместной работе групп R. Lanza и S.-J. Lu впервые был проведен подробный сравнительный анализ способностей чиПСК и чЭСК к пролиферации и дифференцировке [5]. В своем исследовании авторы использовали разработанную ими же методику получения гемангиобластов из чЭСК. Суть метода состоит в индукции дифференцировки чЭСК в гемангиобласты при инкубации в культуральной среде, содержащей ряд ростовых факторов, таких как морфогенетический белок костей, васкулярно-эндотелиальный фактор роста и фактор роста фибробластов [6].
Было продемонстрировано, что чиПСК, как и чЭСК, способны формировать колонии бластов, с характерным для гемангиобластов паттерном экспрессии генов. Однако колонии, полученные при дифференцировке чиПСК, характеризовались меньшим размером в сравнении с колониями, производными чЭСК. Также для колоний, являющихся производными чиПСК, было отмечено отсутствие экспрессии некоторых типичных для гемангиобластов маркеров, таких как CD31, CD34 и KDR. В тоже время экспрессия других маркеров гемангиобластов, CD71, CXCR-4 и Tpо была сравнительно нормальной.
Кроме этого, большое количество бластных клеток, производных чиПСК, имели признаки апоптоза. Высокий уровень экспрессии активной формы каспазы-3 выявлялся в 20% клеток, производных чиПСК, по сравнению с бластными клетками, производными чЭСК, где активированная каспаза-3 была выявлена только в 1% клеток.
После индукции эндотелиальной дифференцировки бластных клеток было установлено, что бластные клетки, производные чиПСК, способны дифференцироваться в эндотелиальные. Тем не менее, полученные эндотелиоциты в аналогичных условиях культивирования пролиферировали со значительно более низкой интенсивностью в сравнении с эндотелиоцитами, полученными из чЭСК. При этом около 50% эндотелиоцитов, производных чиПСК, характеризовались значительным уровнем экспрессии гена β-галактозидазы, которая является маркером клеточного старения [7].
Бластные клетки, производные чиПСК, были способны давать начало гемопоэтическим колониеобразующим единицам (КОЕ) в подходящих условиях культивирования, но эффективность этого процесса была намного ниже (в 23-62 раза) в сравнении с аналогичными показателями бластных клеток, производных чЭСК.
При исследовании эпителиальных клеток сетчатки, полученных из чЭСК, было показано, что данные высокодифференцированные клетки обладают высокой скоростью пролиферации и способны формировать характерную полигональную морфологию во время образования конфлюэнтного слоя. В тоже время, аналогичные клетки, полученные из чиПСК, опять же характеризовались низким уровнем пролиферации и часто не приобретали характерную полигональную морфологию. Во всех культурах эпителиальных клеток сетчатки, производных чиПСК, уже на первом пассаже наблюдались клетки с признаками старения (вакуолизированные клетки с неправильной морфологией). Окрашивание на β-галактозидазу подтвердило «фенотип старения» этих клеток.
Молекулярные механизмы, которые обуславливают различия между пролиферативным потенциалом производных ЭСК и иПСК остаются неясными и требуют дальнейшего изучения. Если полученные в настоящем исследовании данные будут подтверждены другими независимыми группами, то можно будет заключить, что использование иПС-клеток в регенеративной медицине становится под большим вопросом.
Литература
1. Yu J., Vodyanik M.A., Smuga-Otto K. et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science 2007; 318: 1917-20. [Abstract]
2. Zhang J., Wilson G.F., Soerens A.G. et al. Functional cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells. Circ. Res. 2009; 104:e30-e41. [Abstract]
3. Song Z., Cai J., Liu Y. et al. Efficient generation of hepatocyte-like cells from human induced pluripotent stem cells. Cell Res. 2009; 19: 1233-42. [Abstract]
4. Osakada F., Jin Z.B., Hirami Y. et al. In vitro differentiation of retinal cells from human pluripotent stem cells by small-molecule induction. J. Cell Sci. 2009; 122: 3169-79. [Abstract]
5. Feng Q., Lu S.J., Klimanskaya I. et al. Hemangioblastic Derivatives from Human Induced Pluripotent Stem Cells Exhibit Limited Expansion and Early Senescence. Stem Cells Published Online: 12 Feb. [Abstract].
6. Lu S.J., Feng Q., Caballero S. et al. Generation of functional hemangioblasts from human embryonic stem cells. Nat. Methods 2007; 4: 501-9. [Abstract]
7. Bodnar A.G., Ouellette M., Frolkis M. et al. Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells. Science 1998; 279: 349-52. [Abstract]
Источник: Клеточная трансплантология и тканевая инженерия по материалам: Feng Q., Lu S.J., Klimanskaya I. et al. Hemangioblastic Derivatives from Human Induced Pluripotent Stem Cells Exhibit Limited Expansion and Early Senescence. Stem Cells Published Online: 12 Feb.
