Controlled expansion of hematopoietic stem cells in vivo

Full Text

Экспансия [размножение] гемопоэтических стволовых клеток [ГСК] - перспективное направление клеточной терапии и развития бизнеса, связанного с банкированием пуповинной крови. Все исследования, которые были опубликованы по этому вопросу, описывают различные способы экспансии ГСК ex vivo [1-6]. Основной целью экспансии ГСК ex vivo является получение их достаточного для трансплантации и реализации терапевтического эффекта количества при сохранении функциональных свойств [способность приживаться и поддерживать длительный гемопоэз] [1]. Основными направлениями решения этой задачи являются: 1) выбор оптимальной популяции ГСК для экспансии; 2) определение особенностей экспансии популяций ГСК, которые подвергаются энграфтингу; 3) обнаружение новых факторов [агентов], влияющих на деление ГСК ex vivo и in vivo [2].

Большинство протоколов экспансии ГСК ex vivo используют цитокины и факторы роста [1-4]. Недавно была описана группа так называемых ангиопоэтин-подобных белков [Angptl], синтезируемых клетками эмбриональной печени и способных повысить в количество ГСК в культуре 20-30 раз. Авторы предполагают, что Angptl активизируют сигнальные пути, отличные от тех через которые действуют известные гемопопэтические факторы - SCF, ТРО, IGF-2 или FGF-1 [11]. Современные работы посвящены пониманию молекулярных механизмов, способных влиять на размножение ГСК [4, 5]. Так, большое значение имело исследование Wnt-сигнального пути [5], активация которого через экспрессию гена НохВ4 способствует экспансии ГСК [6]. Неотъемлемым компонентом Wnt-механизма является её негативный регулятор - гликоген-синтаза-киназа-3 [GSK-3] [8] GSK-3 - ключевой фермент, вызывающий также модуляцию Notch-сигнального пути [9].

Совеременный взгляд на роль Notch- и Wnt- сигналов в дифференцировке и экспансии ГСК изложен в недавней работе Duncan [10].

Работа, недавно опубликованная в Nature Medicine, по своей сути является первой, в которой описывается управляемая экспансия мышиных и человеческих ГСК in vivo. Опираясь на данные, описывающие участие GSK-3 в 2-х сигнальных путях [8, 9], регулирующих количество ГСК, авторы работы решили проверить насколько эффективно ингибитор этого белка сработает в качестве терапевтического агента, влияющего на энграфтинг и количество ГСК in vivo.

Выполняли трансплантации меченых ГСК в SCID-мышей, на фоне введения ингибитора GSK-3 и без него. Оказалось, что энграфтинг ГСК и их общее количество значительно больше в мышах с применением ингибитора GSK-3. В разное время, до 4 недель, в периферической крови, наблюдали репопуляцию всех кроветворных ростков клетками донора. Лечение ингибитором GSK-3 обусловливало устойчивый энграфтинг спустя 11 недель после трансплантации, при этом количество клеток Lin^- увеличилось в 10 раз. Аналогичные результаты были получены учёными и в экспериментах с человеческими ГСК [Lin^-], выделенными из пуповинной и мобилизированной периферической крови. При этом наблюдали репопуляцию как миелоидного так и лимфоидного ростков, а общее количество ГСК (CD34⁺/CD38 ] возрастало в 2 раза. При исследовании колониеобразующей способности человеческих ГСК, размноженных in vivo при помощи ингибитора GSK-3, было установлено, что их количество также увеличивается. Таким образом, исследователи заключают, что ингибитор GSK-3 является видо-неспецифичным агентом, вызывающим экспансию ГСК in vivo, и при этом не повреждающим их функцию.

При выяснении механизма действия ингибитора GSK-3 исследователи показали, что этот белок увеличивает количество только «примитивных» гемопоэтических клеток- Lin /c-Kif/Sca-1'мыши и CD34⁺ человека исходно находящихся в митотической фазе. Это было показано как in vivo, так и in vitro на нескольких линиях мышей. В специальных модельных экспериментах было показано, что введение ингибитора GSK-3 моделирует активность 3 основных сигнальных путей, регулирующих деление ГСК - Wnt [10], Notch [9] и Hedgehog [12]. Так, наблюдали усиление работы генов, связанных с «включением» Wnt-пути на 28% в Lin^-/c-Kit⁺/Sca-1⁺ клетках, но не Lin^-/Sca-1⁺. Аналогично показали усиление экспрессии генов, связанных с активацией Notch- пути, однако снижение активности генов Hedgehog- пути в ГСК экспериментальных [леченых] мышей. Модуляция этих сигнальных путей ингибитором GSK-3 была подтверждена и in vitro. Эти данные показывают, что этот белок специфически и прямо влияет только на «ранние» ГСК, но не на прогениторные клетки и нишу.

Применение только ингибитора GSK-3 без трансплантации ГСК также снижало летальность мышей, что, по-видимому, может указывать на стимуляцию деления собственных, устойчивых к облучению ГСК. Кроме того, применение ингибитора GSK-3 значительно ускоряло «выход» из нейтропении и мегакариоцитопении, длительно поддерживало высокую репопуляцию гемопоэза донора вне зависимости от количества пересаженных клеток. Однако, при серийных трансплантациях [вторичных] ГСК, размноженных введением ингибитора GSK-3, дальнейшей их экспансии не наблюдали.

Это исследование продемонстрировало возможность регулировать экспансию ГСК in vivo. Применение ингибитора GSK-3 значительно увеличивает количество ранних ГСК мыши и человека, их репопуляционную [in vivo] и колониеобразующую активность [in vitro]. Точкой клинического приложения может стать способность этого белка усиливать энграфтинг и репопуляцию ГСК. Поскольку ингибитор ГСК- 3 сокращает период восстановления из цитопении и увеличивает выживаемость мышей после трансплантации ГСК, то этот агент безусловно имеет большие клинические перспективы. Подобные препараты найдут своё применение в клинике трансплантации костного мозга в случаях недостаточного количестве ГСК в пересаживаем образце, как это часто бывает, например, при трансплатации клеток пуповинной крови взрослым пациентам с лейкемией.

About the authors

A. L. Pospelov

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation

References

Supplementary files