Человеческие прогениторные ГМ-клетки замедлили старение макак. Особенно в отношении головного мозга и репродуктивных органов

Китайские, американские и японские исследователи провели серию экспериментов и выяснили, что введение генетически модифицированных человеческих мезенхимальных прогениторных клеток пожилым макакам уменьшает у них системные признаки старения, такие как сенесценция клеток, хроническое воспаление и дегенерацию тканей, а также улучшает когнитивные и репродуктивные функции. Отчет о работе опубликован в журнале Cell.

Неизбежный процесс старения организма тесно связан с уменьшением популяций стволовых клеток и, как следствие, снижением регенеративного потенциала тканей. Человеческие мезенхимальные прогениторные клетки обладают иммуномодуляторными и противовоспалительными свойствами и в экспериментах демонстрировали эффективность в лечении различных хронических состояний, включая преждевременное снижение функций яичников, артрит, фиброз и старческую немощность. Минимальная иммуногенность делает их пригодными к аллогенной терапии. При этом системное воспаление и окислительный стресс в стареющем организме снижают эффективность и срок жизни пересаженных прогениторных клеток.

Ранее группа исследователей под руководством Гуанхуэя Лю (Guang-Hui Liu) из Китайской академии наук, включающая известного специалиста по эмбриологии и регенеративной медицине Хуана Бельмонте (Juan Belmonte) из Института Солка и Altos Labs, показала, что экспрессия фактора транскрипции FOXO3 резко снижается при старении в тканях приматов, и что именно он может играть ключевую роль в долголетии. Это подтвердили экспериментом по внесению точечных мутаций в человеческие эмбриональные стволовые клетки, заменяющих серин в двух участках фосфорилирования FOXO3 на аланин, что повышает активность этого фактора транскрипции. Мезенхимальные прогениторные клетки, дифференцированные из таких стволовых, обладали повышенными устойчивостью к клеточному старению (сенесценции) и потенциалом самообновления, которые обеспечивали их стойкое присутствие в тканях после пересадки мышам. Такие модифицированные человеческие прогениторные клетки назвали сенорезистентными.

В продолжение этих экспериментов группа Лю и Бельмонте, в которую вошел еще один известный специалист по старению и долголетию Стив Хорват (Steve Horvath), разработали транскриптомные и эпигенетические часы для макаков-крабоедов (Macaca fascicularis), которые использовали для оценки эффективности в дальнейшей работе. После этого обезьянам в возрасте 19–23 года (эквивалент 57–69 лет у человека) раз в две недели на протяжении 44 недель (эквивалент примерно трех лет у человека) вводили внутривенно либо плацебо, либо обычные человеческие мезенхимальные прогениторные клетки, либо сенорезистентные с модификациями FOXO3 в дозе два миллиона клеток на килограмм массы тела (в сумме клетки получили 16 животных). Существенных изменений уровней иммунных клеток, негативных метаболических сдвигов и образования опухолей в ходе эксперимента не наблюдалось, что свидетельствует о долгосрочной безопасности подобной аллогенной терапии.

Когнитивные тесты после курса лечения показали, что у получивших сенорезистентные клетки, но не других животных, существенно лучше показатели рабочей памяти. МРТ и гистологические исследования выявили у них сохранность и восстановление толщины коры лобных и височных долей, улучшенную структурную связность отвечающих за память областей, включая гиппокамп, и отсутствие истончения миелиновых оболочек нервных волокон. КТ также показала уменьшение остеопороза костной ткани. Транскриптомный анализ клеток периферической крови выявил в них обращение дифференциальной экспрессии примерно трети связанных со старением генов, уменьшение экспрессии биомаркеров сенесценции и провоспалительных цитокинов. Полногеномное секвенирование РНК продемонстрировало снижение уровня транскриптомных биомаркеров старения практически во всех системах организма, а также признаки омоложения тканей, максимального в гиппокампе, лобной коре, спинальном ганглии, сигмовидной кишке и фаллопиевых трубах и других органах репродуктивной системы.

Анализ с помощью транскриптомных часов вывил среднее снижение возраста на 3,34 года при терапии сенорезистентными и на 2,80 года — обычными прогениторными клетками, подобное омоложение наблюдалось соответственно в 54 и 31 процента исследованных тканей. Наиболее выраженным оно было в репродуктивной системе, особенно у самок, а также коже, легких, скелетных мышцах, селезенке и гиппокампе. Гистологическое исследование показало выраженное уменьшение числа сенесцентных клеток в легких, печени, сердце, мозге, коже, селезенке, почках и поджелудочной железе. Иммунологические и метаболические маркеры демонстрировали уменьшение дегенеративных изменений различных органов. Выраженные признаки морфологического и функционального омоложения тканей наблюдались в головном мозге (на 1,79–7,19 лет в зависимости от типа клеток) и репродуктивных органах (в среднем более чем на шесть лет у самок).

Выяснив это, исследователи изолировали экзосомы человеческих сенорезистентных и обычных прогениторных клеток и ввели их внутривенно мышам в дозе 20 микрограмм. У таких животных наблюдались транскриптомные, гистологические и биохимические признаки замедления старения органов и тканей, значительно более выраженные при использовании экзосом генно-модифицированных клеток. Аналогичные эффекты экзосом наблюдались в экспериментах с культурами человеческих неронов, стромальных и эндотелиальных клеток яичников, эндотелиальных клеток аорты и гепатоцитов. Это свидетельствует, что геропротективный и омолаживающий эффекты прогениторных клеток во многом связаны с их паракринными функциями, которые обеспечиваются экзосомами.

Полученные результаты подтверждают, что генетически модифицированные человеческие мезенхимальные прогениторные клетки могут замедлять процессы старения у приматов, во многом за счет функций своих экзосом, и имеют терапевтический потенциал в регенеративной медицине.

О том, с какими проблемами сталкиваются ученые при изучении старения и какие экспериментальные подходы используют для его замедления, подробно рассказано в материалах «Дело не в морщинах», «Планы на старость» и блоге Полины Лосевой.

Источник