Старший науковий співробітник відділу генетики людини Інституту молекулярної біології і генетики (ІМБГ) НАН України кандидат біологічних наук Оксана Півень у розмові з порталом «Дім інновацій» розповіла про унікальний метод, над яким зараз працюють учені цієї установи та який допоможе буквально оновити серце після інфаркту.
Інфаркт трапляється тоді, коли кров раптово припиняє надходити до серцевого м’язу. Якщо дуже швидко доправити людину до лікарні, 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, — гине, а їхнє місце займають фібробласти — клітини сполучної тканини. Вони не здатні скорочуватися, як це роблять кардіоміоцити, й утворюють на серці щось на зразок шраму, котрий залишиться назавжди. Звичайно, існують 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 ІМБГ НАН України проводить зараз серію фундаментальних досліджень, аби зрозуміти, яким чином можна змусити фібробласти в буквальному сенсі цього слова перетворитися на клітини серцевого м’язу і, таким чином, оновити серце.
Роботи, які проводить дослідницька група під керівництвом кандидата біологічних наук Оксани Півень у відділі генетики людини, пов’язані з двома сучасними напрямами біології клітини. Перший — так зване перепрограмування клітин, яке дає змогу 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 з біцепсу мають один і той же набор генів, але виглядають і працюють зовсім по-різному. Так відбувається тому, що в кожній із них одні гени «вимкнені», а інші гени працюють. Простіше кажучи, є гени, які роблять клітину серцевого м’яза або клітину сполучної тканини тим, чим вони є.
Будь-яка з цих клітин чи будь-яка інша спеціалізована клітина походить від так званої стовбурової клітини. Це — неспеціалізована клітина, здатна перетворитися на будь-яку спеціалізовану. З неї можна спробувати «вирощувати» м’язи, шкіру, кістки – будь-яку тканину, яку потрібно «відремонтувати» або замінити в тілі. Саме тому сьогодні дослідженням стовбурових клітин приділяють так багато уваги.
Тривалий час існувала думка, що спеціалізована клітина вже ні на яку іншу перетворитися не може. Але японський дослідник Сінья Яманака знайшов спосіб, як «змусити» спеціалізовану клітину перетворитися на стовбурову. Його дослідження викликали величезний резонанс, адже в дорослому тілі стовбурових клітин дуже мало, а тепер їх можна отримати стільки, скільки потрібно, й вирощувати з них те, що потрібно.
За свої роботи в 2012 році Яманака Сінья отримав Нобелівську премію в галузі фізіології та медицини. Завдяки його винаходу інші дослідники розробляють методи, за допомогою яких можна одні спеціалізовані клітини перетворити відразу на інші, оминаючи стадію стовбурової клітини.
Ідея науковців ІМБГ НАН України полягає в тому, щоб змусити фібробласти серця працювати як кардіоміоцити, увімкнувши у них певні гени. Основна задача — зрозуміти, як це зробити, не завдавши водночас шкоди самій клітині.
Аби фібробласти почали працювати як кардіоміоцити, необхідно, щоб у 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 відомі 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 однієї спеціалізації на іншу, вносили ззовні. Для цього їх «причіпляли» до так званих вірусних векторів (тобто спеціальних вірусів), які потім вбудовувалися в геном клітини. Хоча така схема працює на культурах клітин чи лабораторних тваринах, але потенційно вона ризикована через можливі генетичні наслідки. Наприклад, зміни геному з часом можуть стати причиною раку. Тому для людей потрібно вигадати інші способи, як перепрограмувати клітини.
Фібробласти, як і будь-які інші клітини, містять кардіальні мастер-гени, але у фібробластах вони «сплять». Ідея групи дослідників із ІМБГ НАН України полягає в тому, щоб «розбудити» їх, аби 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 та вмикати їх. Для кожного з 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.
Зараз свої дослідження вони проводять на ембріональних фібробластах щура. Вмикаючи в них окремі мастер-гени, дослідники спостерігають за тим, як змінюється робота клітини, котра тепер має більше нагадувати кардіоміоцит.
Після того, як буде проведено 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.
Мета Оксани Півень полягає в тому, щоб розробити метод лікування інфаркту міокарда у людей. Але це неможливо без розуміння фундаментальних процесів, що відбуваються при цьому. За словами вченої, їй не відомо, щоб будь-де у світі сьогодні проводилися подібні дослідження. Тож, якщо буде отримано позитивні результати, можна сподіватися на публікацію в журналі такого рівня як «Nature».
Якщо говорити про медичне застосування, то після щурів результати дослідження необхідно перевірити на клітинах людини. Потому настане черга преклінічних досліджень. Скоріші за все, вони проводитимуться на свинях, організм яких подібніший до людського, ніж у 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. 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.
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 роботи групи вчених ІМБГ НАН України пов’язані, головним чином, з фінансуванням. Сьогодні дослідження виконуються на кошти гранту Українського науково-технологічного центру. Але приблизно за рік дія цього гранту завершується, і тому зараз науковці шукають нові джерела фінансування, без яких продовження дослідження буде практично неможливим.
Необхідність фінансування «проривного» проекту стала однією з причин, що спонукали Оксану Півень подати заявку на участь у MBioS Challenge — першому українському конкурсі біомедичних стартапів, який проводив «Дім інновацій» у першій половині 2018 року. Проект упевнено ввійшов до числа фіналістів і став одним із найпомітніших серед сотні учасників. Важлива мета й досяжність результату цього проекту мають стати достатнім стимулом для партнерів, які змогли б підтримати українських вчених в їхньому починанні, яке може змінити світ. Адже достатньо лише стабільного фінансування проекту, а все інше в групі Оксани Півень уже є.
З матеріалом також можна ознайомитися на сайті «Дому інновацій» за посиланням: https://innovationhouse.org.ua/statti/pereprogramuvati-serce-pislja-infarktu/