По их словам, клетки кожи образуют нормальную человеческую кожу при трансплантации на спину лабораторных мышей.Полученные данные представляют собой большой шаг вперед в борьбе с заболеванием, буллезным эпидермолизом, при котором верхний слой кожи, называемый эпидермисом, отслаивается при малейшем трении, оставляя открытые раны, которые трудно зажить. Дети с тяжелыми поражениями, которые доживают до подросткового возраста или до 20 лет, часто умирают от инвазивной плоскоклеточной карциномы, рака кожи, который может возникнуть во время повторяющихся циклов ранения и заживления кожи.
«Буллезный эпидермолиз — это поистине ужасное изнурительное заболевание кожи, при котором верхний слой кожи не прикреплен должным образом к нижележащим слоям», — сказал Энтони Оро, доктор медицинских наук, профессор дерматологии. «Когда они рождаются, родовая травма срывает их кожу, и они продолжают страдать от серьезных кожных ран, которые требуют постоянной перевязки и медицинского ухода на протяжении всей жизни».В Стэнфорде находится одна из крупнейших в мире клиник по лечению буллезного эпидермолиза с чрезвычайно активным и заинтересованным населением пациентов и их семей, готовых помочь исследователям.
Стэнфордское отделение дерматологии работает над поиском новых методов лечения этого заболевания более 20 лет. Последнее достижение, в ходе которого исследователи заменили мутировавший, вызывающий заболевание ген в индуцированных донорами плюрипотентных стволовых клетках, на здоровую версию, было профинансировано за счет гранта в размере 11,7 миллионов долларов от Калифорнийского института регенеративной медицины.Новый путь лечения«Этот подход к лечению представляет собой совершенно новую парадигму этого заболевания», — сказал Оро. «Обычно лечение сводится к хирургическим методам восстановления поврежденной кожи или медицинским подходам для предотвращения и восстановления повреждений. Но, заменив дефектный ген на правильную версию в стволовых клетках, а затем преобразовав эти исправленные стволовые клетки в кератиноциты, мы получили возможность добиться окончательного решения проблемы — замены поврежденных участков здоровыми, идеально подобранными кожными трансплантатами ».
Оро — один из двух старших авторов статьи, которая будет опубликована 26 ноября в Science Translational Medicine, в которой описывается исследование. Ведущими авторами являются Витторио Себастьяно, доктор философии, доцент кафедры акушерства и гинекологии и научный сотрудник Хансон Чжэнь.Стэнфордская статья будет одной из трех в этом выпуске журнала, посвященных подходам к генной терапии буллезного эпидермолиза, также известного как EB.
Во всех трех исследованиях используются похожие подходы, но каждое в некотором роде уникально. В отличие от других исследований, Стэнфордский подход использует индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, или iPS-клетки, от пациентов-людей, и напрямую заменяет дефектный ген новой копией.Исследователи из Стэнфорда особенно надеются, что они смогут относительно быстро начать эксперименты на людях. По настоянию CIRM они работали рука об руку с Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, чтобы гарантировать, что шаги, которые они предприняли в исследованиях на мышах, максимально точно отражают те, которые потребуются для создания модифицированных клеток для использования на людях. . Например, они тесно связаны с концепцией, известной как надлежащая производственная практика, которая требуется FDA для обеспечения того, чтобы фармацевтические препараты и биологические материалы производились таким образом, чтобы они были безопасными для использования людьми.
Перевод результатов с мышей на людей«CIRM позаботился о том, чтобы мы всегда помнили о необходимости передачи наших результатов в клинику», — сказал Мариус Верниг, доктор медицины, доцент патологии и другой старший автор статьи. «Теперь мы показали, что этот подход, который мы называем« терапевтическое перепрограммирование », хорошо работает с человеческими клетками. Мы действительно можем взять клетки кожи у людей с буллезным эпидермолизом, преобразовать их в iPS-клетки, заменить неисправный ген коллагена 7 новой копией. , а затем, наконец, преобразовать эти клетки в кератиноциты для образования кожи человека. Это почти как фонтан молодости, который, в принципе, производит бесконечный запас новой, здоровой кожи из собственных клеток пациента ».Ободренные эффективностью на мышах, исследователи полагают, что жизнеспособность искусственной кожи может быть увеличена в ходе испытаний на людях.
Буллезный эпидермолиз может быть вызван мутациями по крайней мере в 18 генах.
Тип, изучаемый исследователями, аутосомно-рецессивный дистрофический буллезный эпидермолиз, вызван мутациями в гене, кодирующем коллаген 7-го типа. Этот коллаген служит для прикрепления верхнего слоя эпидермиса к нижележащим слоям дермы.Кожа имеет много преимуществ для исследователей, изучающих подходы к генной терапии.
Он легко доступен, и врачи имеют многолетний опыт применения кожных трансплантатов к жертвам ожогов. Легко визуально следить за здоровьем пересаженной кожи, а также довольно просто удалить неудачный трансплантат.Для проведения исследования исследователи из лаборатории Вернига использовали новую технику создания iPS-клеток из клеток кожи пациентов с EB.
Затем они проконсультировались с Марком Кеем, доктором медицины, профессором генетики в Стэнфорде, который имеет многолетний опыт использования вируса, называемого аденоассоциированным вирусом, для вставки генов в клетки. Кей, который также является семейным профессором педиатрии Денниса Фарри и соавтором исследования, сосредоточился в основном на попытках исправить определенные типы гемофилии, нарушения свертываемости крови.
Недавно он и его лаборатория нашли способ нацелить, а затем заменить неисправный ген фактора свертывания крови исправленной копией.Этот метод, который Кей, Оро и его коллеги описали в статье, опубликованной в январе в журнале «Молекулярная терапия» и в последующей статье в октябре в журнале «Nature», основывается на биологическом феномене, называемом гомологичной рекомбинацией, для вставки гена в геном клетки. конкретное место, а не полагаться на неинтегрированный ген, экспрессия которого со временем может ослабевать, или случайная интеграция в ДНК, что может вызвать рак и другие проблемы.
Исправление дефектного гена«Это лучший способ исправить дефектный ген коллагена», — сказал Верниг. «В отличие от других подходов к генной терапии, гомологичная рекомбинация нацелена на естественное расположение гена и приводит к постоянному исправлению без риска вызвать случайные мутации, которые могут вызвать рак».Наконец, исследователи сделали еще один шаг. Поскольку субпопуляция клеток кожи, первоначально полученных от пациентов, вероятно, уже несет некоторые мутации, вызывающие рак кожи, они внимательно изучили геномы полученных iPS-клеток.«Мы взяли скорректированные стволовые клетки и проверили их на наличие мутаций, которые, как известно, связаны с развитием инвазивной плоскоклеточной карциномы», — сказал Оро. «Удаляя эти клоны перед созданием новых кератиноцитов, у нас есть наилучшие возможные шансы обеспечить здоровую кожу, в которой так отчаянно нуждаются пациенты».
На следующем этапе Оро и его коллеги кропотливо разработали и оптимизировали протокол дифференцировки кератиноцитов для использования на людях, используя руководящие принципы FDA. Они также подтвердили, что клетки секретируют функциональный коллаген 7. После того, как в лабораторных тарелках у них были листы полностью развитой кожи, они трансплантировали их на спину мышей с ослабленной иммунной системой (животные с интактной иммунной системой быстро отторгали бы человеческие клетки).
Примечательно, что эти листы, полученные из iPS-клеток, образовывали человеческую кожу, очень похожую на листы, сделанные из обычных кератиноцитов кожи человека.«Самая сложная часть этой процедуры — показать не только то, что вы можете создать кератиноциты из исправленных стволовых клеток, но и то, что затем вы можете использовать их для создания трансплантируемой кожи», — сказал Оро. «Что мы хотели бы сделать, так это иметь возможность дать пациентам трансплантаты здоровой кожи на те области, которые они часто бьют, такие как руки, ступни и локти — те места, которые плохо заживают. Одно это значительно улучшило бы жизни наших пациентов. Мы не знаем, как долго эти трансплантаты могут прослужить у людей; нам могут потребоваться некоторые улучшения.
Но я думаю, что мы очень близки ".Оро и Верниг подчеркнули совместный характер исследования с теми пациентами, которым они пытаются помочь.
«Эти пациенты потрясающие», — сказал Оро. «Они очень активные партнеры в этом исследовании, и мы в медицинском сообществе ЭБ сделаем все, чтобы им помочь».