Предыдущие исследования показали, что можно использовать различные методы, чтобы заставить разные виды стволовых клеток продуцировать эритроциты уровня трансфузии в лаборатории, но при стоимости от 8000 до 15000 долларов за единицу крови эти процессы являются дорогостоящими. Это первое исследование, в котором сочетаются стволовые клетки, мощные инструменты редактирования генов и данные полногеномных ассоциативных исследований (GWAS).Исследовательская группа, стоящая за исследованием стволовых клеток, под руководством старшего автора и детского гематолога Дана-Фарбер / Бостон Детский гематолог Виджай Шанкаран, доктор медицинских наук, сосредоточилась на своем целевом гене, называемом SH2B3, после того, как данные GWAS выявили естественные вариации в последовательность гена, снижающая его активность, приводит к увеличению производства красных кровяных телец.«Существует вариация SH2B3, обнаруженная примерно у 40 процентов людей, которая приводит к умеренно более высокому количеству эритроцитов», — сказал Шанкаран. «Но если вы посмотрите на людей с действительно высоким уровнем эритроцитов, у них часто бывают редкие мутации SH2B3.
Это говорит нам о том, что это цель, в которой вы можете частично или полностью устранить его функцию как способ устойчивого увеличения красных кровяных телец.«Многие пациенты с редкими группами крови или заболеваниями крови нуждаются в очень специфических видах крови и не могут принимать большую часть донорской крови», — продолжил Шанкаран. «Кроме того, есть пациенты, у которых есть возможность использовать красные кровяные тельца как способ лечения».Шанкаран и его сотрудники, в том числе соавторы исследования Феликс Джани, Клаудиа Фиорини, доктор философии, и Аой Вакабаяши из Dana-Farber / Boston Children’s — хотели посмотреть, можно ли использовать SH2B3 в качестве мишени для генетического увеличения урожайности лабораторные процессы производства эритроцитов (в отличие от корректировки клеток в культуре путем добавления цитокинов и других факторов).
Для этого они сначала использовали РНК-интерференцию (РНКи, которая подавляет экспрессию генов), чтобы отключить SH2B3 в донорских взрослых, человеческих, кроветворных стволовых клетках (гемопоэтических стволовых и прогениторных клетках, или HSPC) и HSPC из пуповинной крови человека. .Данные команды подтвердили, что отключение SH2B3 с помощью РНКи искажает профиль производства клеток HSPC в пользу красных кровяных телец.
Стволовые клетки взрослой и пуповинной крови, обработанные РНКи, продуцировали в три-пять и пять-семь раз больше эритроцитов, чем контрольные клетки, соответственно. Используя несколько тестов, команда обнаружила, что эритроциты, продуцируемые РНКи, практически неотличимы от контрольных клеток.
Шанкаран и его команда осознали, что их подход к HSPC / RNAi будет очень трудно масштабировать до уровня, который может повлиять на клиническую потребность в эритроцитах. Таким образом, в отдельной серии экспериментов они использовали редактирование генов CRISPR для постоянного отключения SH2B3 в линиях эмбриональных стволовых клеток человека (hESC), которые можно легко обновить в лаборатории.
Затем они обработали отредактированные клетки смесью факторов, которые, как известно, стимулируют производство клеток крови. В этих условиях отредактированные чЭСК продуцировали в три раза больше эритроцитов, чем контроли. Опять же, команда не смогла найти существенных различий между эритроцитами от отредактированных стволовых клеток и контрольных клеток.Шанкаран считает, что SH2B3 устанавливает некий верхний предел того, насколько предшественники эритроцитов реагируют на призывы к увеличению производства эритроцитов.
«Это хороший подход, потому что он устраняет тормоза, которые обычно удерживают клетки в ограниченном состоянии, и ограничивает реакцию предшественников красных кровяных телец на различные лабораторные условия», — пояснил Шанкаран.Он отмечает, что в его видении стволовые клетки, отредактированные так, чтобы SH2B3 оставался выключенным, будут сохраняться в культуре как своего рода клеточный стартер и использоваться для производства эритроцитов в лечебных целях; сами отредактированные стволовые клетки никогда не будут использоваться для прямого лечения.
Он также считает, что при дальнейшем развитии комбинация CRISPR и hESC может повысить урожайность и снизить затраты на производство красных кровяных телец в лаборатории до уровня, при котором производство в промышленных масштабах станет возможным.«Это позволяет нам приблизиться к стоимости нормальных единиц донорской крови», — сказал он. «Если мы сможем снизить затраты примерно до 2000 долларов за единицу, это разумная стоимость».