Istraživači sa Medicinskog fakulteta Univerziteta u Vašingtonu u Sijetlu su konstruisali matične ćelije koje ne stvaraju opasne aritmije, što je komplikacija koja je do sada osujećivala napore da se razviju terapije matičnim ćelijama za povređena srca.
„Pronašli smo šta moramo da uradimo da bismo ove ćelije učinili bezbednim“, rekla je Silvija Markijano, postdoktorant u laboratoriji Čaka Marija na Medicinskom institutu za matične ćelije i regenerativnu medicinu UV. Marchiano je vodeći autor rada koji opisuje nalaze objavljene u četvrtak, 6. aprila, u časopisu Cell Stem Cell. Radovi su obavljeni u saradnji sa kompanijom Sana Biotechnologi iz Sijetla.
U prethodnim studijama, Murijev tim je koristio ćelije srčanog mišića stvorene od matičnih ćelija da popravi oštećenje srčanog mišića uzrokovano infarktom miokarda. Ova vrsta srčanog udara nastaje kada je dotok krvi u srčani mišić blokiran, što uzrokuje umiranje srčanih ćelija. Srčane ćelije se ne regenerišu, pa se zahvaćeni mišić zamenjuje ožiljnim tkivom. Ovo slabi srce i narušava njegovu sposobnost da pumpa krv. Teška oštećenja mogu dovesti do srčane insuficijencije i smrti.
Da bi stvorili svoje terapeutske srčane ćelije, istraživači iz Sijetla su koristili pluripotentne matične ćelije. Za razliku od odraslih matičnih ćelija, koje su se specijalizovale da postanu specifične tipove ćelija, pluripotentne matične ćelije mogu postati bilo koja vrsta ćelija u telu.
Od 2012. do 2018. godine tim iz Sijetla je uspešno ubrizgao pluripotentne matične ćelije u oštećene zidove srca kako bi stvorio novi mišić koji će zameniti izgubljene tokom infarkta. U studijama na životinjama, oni su pokazali da će se kalemljene ćelije integrisati sa srčanim mišićem, kucati u sinhronizaciji sa drugim srčanim ćelijama i poboljšati kontraktilnost srca. Ovi nalazi su pokazali da se terapija matičnim ćelijama potencijalno može koristiti za spasavanje oštećenih srca.
Ali postojala je jedna velika komplikacija. Tokom prvih nedelja usađivanja, srca su imala tendenciju da kucaju opasno visokom brzinom. Osim ako se ne pronađe način za sprečavanje ili suzbijanje ovog problema, matične ćelije ne bi mogle postati bezbedan tretman za infarkt miokarda i srčanu insuficijenciju.
„Naš cilj je da stvorimo radne kontraktilne ćelije koje ne bi pokušavale da postavljaju sopstveni tempo“, rekao je Mari.
U zrelom srcu, otkucaj srca regulišu specijalizovane ćelije koje se nazivaju ćelije pejsmejkera. Ove ćelije generišu električne signale u redovnim intervalima koji podstiču druge srčane ćelije da se kontrahuju.
U ćelijama pejsmejkera, napon se kreće napred i nazad od negativnog (hiperpolarizovanog) do pozitivnog (depolarizovanog). Mari ga upoređuje sa metronomom sa pozitivnim jonima koji ulaze i izlaze iz ćelije kroz ove kanale. Brzina kojom se javlja ovaj ciklus repolarizacije i depolarizacije određuje broj otkucaja srca.
U ranim embrionalnim srcima, međutim, ovaj sistem, u kojem je relativno malo ćelija postalo specijalizovane ćelije pejsmejkera, dok su ostale postale mirne kontraktilne ćelije, nije se razvio. Sve ćelije su pejsmejkeri. Mari i njegove kolege sumnjali su da se usađene matične ćelije ponašaju kao rane embrionalne ćelije koje haotično generišu signale i izazivaju opasne srčane ritmove.
Da bi razjasnili šta je uzrokovalo da se ove ćelije ponašaju na ovaj način, istraživači su koristili tehniku zvanu RNK sekvenciranje kako bi otkrili koji su jonski kanali nastajali u različito vreme dok su ćelije sazrevale. Sekvenciranje je otkrilo da se neki tipovi jonskih kanala pojavljuju rano u razvoju, a zatim nestaju kako ćelija sazreva, dok se drugi tipovi jonskih kanala pojavljuju kasnije u razvoju. Kao misterija koja se odvija, ovo je istraživačima dalo njihovu listu osumnjičenih.
Da bi utvrdili koji su jonski kanali bili krivci koji nose struju koja izaziva aritmiju, naučnici su koristili uređivanje genoma zasnovano na CRISPR-u da sistematski nokautiraju depolarizujuće gene ili da aktiviraju repolarizirajuće gene. Ovo se pokazalo iznenađujuće složenim. Pretpostavili su da će postojati jedan jonski kanal koji izaziva aritmiju, ali nijedno od uređivanja jednog gena nije eliminisalo ubrzane srčane ritmove. Istraživači su zatim preduzeli mukotrpan proces „igranja kombinacija“ izvodeći dvostruke i trostruke izmene gena. Žalosno, nijedna od ovih izmena nije eliminisala aritmiju, a činilo se da su je neke pogoršale.
Konačno, naučnici su stvorili liniju matičnih ćelija u kojoj su tri depolarizujuća gena izbačena i jedan repolarizujući gen je aktiviran. To je uradilo trik. Ćelije srčanog mišića generisane iz ovih matičnih ćelija bile su u električnom stanju mirovanja, poput srčanog mišića odraslih, ali su se kontrahovale kada im je dat električni signal da oponašaju prirodni pejsmejker. Istraživači su ove ćelije nazvali „MEDUSA“ (za modifikovanje elektrofiziološke DNK da bi se razumele i suzbile aritmije). MEDUSA kardiomiociti se ugrađuju u srce, sazrevaju u odrasle ćelije, električni se integrišu u srčani mišić i kucaju u skladu sa prirodnim pejsmejkerom, a sve to bez stvaranja opasnih otkucaja srca. Ovo je, kaže Murri, sine kua non za regeneraciju srca.
Mari upozorava da će biti potrebno dodatno testiranje sa projektovanim ćelijama, ali, dodaje, „Mislim da smo prevazišli najveću prepreku za regeneraciju ljudskog srca“.
