Ученые Тольяттинского государственного университета получили клетки сердца

В Центре медицинской химии ТГУ получены собственные клеточные линии стволовых клеток человека, что дает возможность в неограниченном количестве выращивать необходимые для исследований образцы клеток различных органов. Появление нового инструментария позволяет тольяттинским ученым проводить на полученных в лаборатории клетках сердца, мозга, печени, почек испытания противоопухолевых препаратов. Внимание, прежде всего, будет уделяться исследованиям на клетках сердца, поскольку одним из наиболее частых побочных эффектов этих препаратов является негативное воздействие на ткани сердца, или кардиотоксичность.

Работа по получению клеточных линий индуцированных плюрипотентных клеток человека (hiPSC-клетки) велась в Тольяттинском госуниверситете с конца 2019 года в рамках инициированного Центром медицинской химии ТГУ открытого проекта OpenHTS, направленного на поиск новых противоопухолевых соединений. Испытания препаратов для борьбы с раком проводятся как на опухолевых клетках, так и на здоровых: ученым важно не только понимать, убивает ли вещество раковые клетки, но и оценивать влияние потенциального лекарства на здоровые клетки. Получать последние можно непосредственно у доноров, однако для этого требуется проводить сложную процедуру биопсии – забора биоматериала из конкретного органа. Второй вариант получения здоровых клеток для исследований – их создание в лабораторных условиях. Именно этот путь выбрали исследователи Центра медицинской химии ТГУ.

Разработка тольяттинских ученых базируется на революционном открытии японского доктора Синъи Яманаки, получившего в 2012 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Он показал, что клетки органов и тканей взрослого человека можно вернуть к их «зародышевому» состоянию, превратив в «универсальные», так называемые индуцированные плюрипотентные клетки (они также известны как стволовые клетки). Такие «зародышевые» клетки способны преобразовываться в «стройматериалы», необходимые для восстановления тканей сердца, мозга, печени и других органов человека. Этот принцип «перепрограммирования» клеток в стволовые позволяет ученым выращивать в лабораторных условиях клетки необходимых органов, например, сердца (кардиомиоциты) или печени (гепатоциты), а также проводить на них качественные скрининговые исследования.

Покупка уже сформированных клеточных линий стволовых клеток – дело затратное. Собственное их воспроизведение тоже недешево: одна линия обойдется примерно в 800 тыс. рублей. Но поскольку это очень перспективная для мировой науки тема и в Самарской области подобным никто не занимается, ученые ТГУ взялись за это – и смогли получить собственные клеточные линии, впоследствии превратив их в клетки сердца. В результате появилась «тканеподобная» структура, способная сокращаться: «сердечко» забилось (это можно увидеть в микроскоп), а ученые университета получили возможность проводить на нем токсикологические исследования. Необходимые для испытаний вещества поступают в Центр медицинской химии ТГУ от организаций и вузов – партнеров по проекту OpenHTS (в их числе Российский университет дружбы народов, Белорусский государственный университет, Санкт-Петербургский государственный университет и другие) – всего их порядка 15.

Решение тольяттинских ученых получить в первую очередь именно клетки сердца не было случайным: Центр медицинской химии ТГУ активно занимается поиском современных противоопухолевых средств, а частым негативным эффектом полученных препаратов является именно кардиотоксичность – патологическое воздействие на ткани сердца.

– Процесс создания любого нового лекарства очень длительный и дорогостоящий, часто на той или иной стадии тестирования «вылетает» побочный эффект, способный перечеркнуть всю работу ученых, – рассказал директор Центра медицинской химии ТГУ Александр Бунев. – Люди имеют свои генетические особенности, отягощенные хроническими заболеваниями, и любая компания, как бы сильно она этого ни хотела, не может на ранних стадиях разработки проверить препарат сразу на всех. Поэтому ученые ищут новый инструментарий, чтобы тестировать лекарства максимально эффективно, как можно раньше отсекая побочные эффекты. Открытие японского коллеги позволило получить индуцированные плюрипотентные клетки, которые можно легко культивировать в лаборатории и при определенных «правилах игры» превратить в сердечные клетки, полностью сохраняя генетические особенности донора. Что лучше: сделать десять биопсий сердца для забора биоматериала или провести такое исследование в лаборатории? Благодаря донорству кусочка кожи или 5 миллилитров крови у нас появилась возможность иметь «миллионы людей» в одной пробирке. По сути, мы получаем новую клеточную панель, состоящую из различных «доноров», – как если бы препарат был протестирован на множестве людей.

Создаваемые в лаборатории опорного ТГУ противоопухолевые препараты относятся к таргетному типу: они не отравляют весь организм человека, а нацелены на конкретный белок в раковой клетке. Параллельно ученые Центра медицинской химии планируют тестировать разработки и на здоровых клетках, получая возможность предугадывать наиболее часто встречающиеся побочные эффекты. Несмотря на то, что на раннем этапе разработки лекарств применяется ряд подходов для оценки и ухода от побочных эффектов (к примеру, компьютерное моделирование), последнее слово всегда остается за экспериментальной оценкой. И благодаря собственному инструментарию ученые ТГУ могут проводить ее многократно, в необходимом объеме, соблюдая все требования к разработке инновационных средств для борьбы с раком.

Кроме того, собственная коллекция клеточных линий от максимально большого количества доноров даст возможность проводить в дальнейшем более продвинутый фенотипический (с учетом индивидуальных особенностей) скрининг, что в свою очередь позволит не только усилить научную составляющую Тольяттинского госуниверситета, но и повысить его привлекательность на рынке предлагаемых крупным фармацевтическим компаниям исследований.