Kamieninės ląstelės ir jų egzosomos: proveržio metodai gydant su amžiumi susijusias ligas

Tohoku universiteto (Japonija) Tohoku medicinos megabanko organizacijos mokslininkai parengė iki šiol išsamiausią mezenchiminių kamieninių ląstelių (MSC) ir jų egzosomų (MSC-Exos) naudojimo su amžiumi susijusiems fiziologiniams sutrikimams koreguoti ir ligoms gydyti apžvalgą. Darbas buvo paskelbtas žurnale „ Stem Cell Research & Therapy“ ir apima daugiau nei 150 publikacijų duomenis per pastaruosius penkerius metus.

Kodėl MSC ir jų egzosomos

Iš riebalinio audinio, kaulų čiulpų, virkštelės kraujo arba placentos gautos mezenchiminės kamieninės ląstelės gali:

• Diferencijuojasi į įvairius audinius (kaulą, riebalus, kremzlę).
• Išskiria platų trofinių faktorių spektrą (VEGF, HGF, IGF-1), kurie reguliuoja proliferaciją, angiogenezę ir imuninį atsaką.
• Migruoti į pažeistas vietas per SDF-1/CXCR4 chemotaksį.

Jų egzosomos (30–150 nm) perneša baltymus, lipidus ir mikroRNR, atkartodamos pagrindinius MSC efektus be naviko atsiradimo, trombozės ar imuninių komplikacijų rizikos.

Pagrindinės taikymo sritys

1. Priešlaikinis kiaušidžių nepakankamumas (POF)

• Ikiklinikiniai modeliai: pelės ir žiurkės, kurioms pasireiškė chemoterapijos arba radiacijos sukeltas POF.
• MSC mechanizmai:
  • Granulinių ląstelių proliferacijos stimuliavimas per PI3K/AKT ir Wnt/β-katenino kelią.
  • Oocitų apoptozės mažinimas slopinant PTEN/FOXO3a.
• Rezultatai: estrogenų lygio atkūrimas, folikulų atrofijos sumažėjimas ir menstruacinio ciklo normalizavimas modeliuose.
• Egzosomos: perneša miR-21, miR-146a ir miR-29, kurios slopina uždegiminius signalus (TGF-β1/Smad3) ir apsaugo folikulinę ląstelę.

2. Alzheimerio liga (AL)

• Modeliai: APPSwe/PS1dE9 transgeninės pelės ir β-amiloido injekcijos.

• MSC veiksmas:

  • Neurotrofinų (BDNF, GDNF) sekrecija ir PI3K/AKT kelio aktyvacija, kurie apsaugo neuronus nuo apoptozės.

  • Padidėjęs M2 fenotipo mikroglijos aktyvumas, pagreitinantis β-amiloido fagocitozę.

• Egzosomos:

  • Pristato mitochondrijų pirmtakus ir let-7, didindamas neuronų energijos metabolizmą.

  • Sumažinkite τ-fosforilinimą naudodami SIRT1/AMPK moduliaciją.

• Poveikis: pagerėjo atmintis ir mokymasis atliekant labirinto užduotį bei 40–60 % sumažėjo β-amiloidų sankaupų.

3. Aterosklerozė

• Ikiklinikiniai tyrimai: ApoE–/– ir LDLR–/– pelės, šeriamos dieta su dideliu riebalų kiekiu.
• MSC ir egzosomos:
  • Slopindamas NF-κB, sumažina VCAM-1, ICAM-1 ir MCP-1 ekspresiją.
  • Stimuliuoti angiogenezę išeminės galūnės srityje dėl VEGF ir Ang-1.
• Rezultatas: aterosklerozinių plokštelių tūrio sumažėjimas 30 %, pagerėjusi kraujotaka ir sumažėjęs sisteminis uždegimas.

4. Osteoporozė

• Modeliai: ovariektomizuotos žiurkės ir senos pelės.
• MSC: aktyvuoja Runx2, OPG/RANKL ir Wnt signalizaciją, kad pagerintų kaulų matricos formavimąsi.
• Egzosomos: praturtintos miR-196a, miR-21, miR-29b, didina osteoblastų proliferaciją ir mažina osteoklastų aktyvumą.
• Rezultatai: kaulų masės ir stiprumo padidėjimas 25–35 %, palyginti su kontroline grupe.

Privalumai ir iššūkiai

Egzosomų privalumai

• Nėra teratomos ir imuninio atmetimo rizikos.
• Lengvas veisimo ir laikymo standartizavimas.
• Gebėjimas prasiskverbti pro kraujo ir smegenų barjerą.

Pagrindinės užduotys

1. Tikslinis nustatymas: egzosomų paviršiaus modifikavimas ligandų peptidais (RGD motyvas) arba antikūnais, kad būtų galima juos pristatyti į konkrečius audinius.
2. Farmakokinetika: kraujotakos laiko ir pasiskirstymo organuose tyrimas in vivo metodais (MRT, fluorescencija).
3. Mastelio keitimas: GMP protokolų kūrimas egzosomų gamybai, užtikrinant nuoseklią kokybę ir veiksmingumą.
4. Saugumas: Ilgalaikiai toksikologiniai tyrimai su dideliais gyvūnais, siekiant įvertinti susikaupusios medžiagos kaupimąsi ir poveikį.

Klinikinio vertimo perspektyvos

Autoriai prognozuoja, kad MSC-Exos klinikiniai tyrimai, skirti su amžiumi susijusiems sutrikimams, bus pradėti per ateinančius 3–5 metus:

• POF: ankstyvieji I/II fazės tyrimai, skirti įvertinti vaisingumo atkūrimą moterims, kurioms chemoterapija sukėlė POF.
• AD: II fazės tyrimas dėl kognityvinės funkcijos ankstyvos stadijos pacientams.
• Osteoporozė ir galūnių išemija: kaulų stiprumo ir opų gijimo įvertinimas.

Diskusijoje autoriai pabrėžia kelis svarbius punktus:

• Egzosomų pranašumai, palyginti su ląstelėmis:
  „MSC egzosomos sujungia pačių MSC terapinį potencialą su pagerintu saugumu ir standartizavimu“, – pažymi dr. Katsuki Yamanaka. „Jos nesidalija ir nesudaro navikų, todėl jų klinikinis taikymas yra labiau nuspėjamas.“

• Tikslinio taikymo ir išankstinio parengimo poreikis:
  „Siekdami maksimaliai padidinti veiksmingumą ir sumažinti šalutinį poveikį, turime pritaikyti egzosomų paviršius konkretiems audiniams ir iš anksto pašildyti MSC esant švelniam stresui, kad egzosomos perduotų sustiprintus apsauginius signalus“, – sako bendraautoris prof. Hiroto Nakamura.

• Kombinuotų metodų potencialas:
  „MSC egzosomų derinimas su mažų molekulių vaistais arba prasiskverbiančiais pratimų protokolais gali suteikti sinergetinį poveikį su amžiumi susijusioms ligoms gydyti“, – priduria dr. Ayako Sato.

• Klinikinio vertimo perspektyva:
  „Esame ant ribos pradėti pirmuosius I fazės egzosomų tyrimus priešlaikinio kiaušidžių nepakankamumo ir osteoporozės atvejais“, – skelbia pagrindinis autorius dr. Takeshi Iwakura.

Šie komentarai pabrėžia, kad nepaisant daug žadančių ikiklinikinių rezultatų, MSC egzosomų klinikinio taikymo sėkmė priklauso nuo tikslinio tiekimo iššūkių sprendimo, gamybos standartizavimo ir saugumo patvirtinimo dideliuose tyrimuose.

Pasak autorių, daugiadisciplininis ląstelių biologų, bioinžinierių ir klinikų gydytojų bendradarbiavimas leis greitai ir saugiai įtraukti MSC egzosomas į terapinius protokolus, skirtus kovoti su senėjimo poveikiu.