Австралийские ученые модифицировали молекулу миоглобин кашалота, чтобы она могла снабжать кислородом стволовые клетки в гидрогеле, вводимом для репарации тканей в зоне инсульта головного мозга. В эксперименте на мышах гидрогель с миоглобином значимо увеличивал объем восстановления тканей и не вызывал иммунных реакций. Подробности опубликованы в журнале Nature Communications.
Метод введения стволовых клеток в место повреждения для регенерации тканей набирает все большую популярность, особенно для лечения последствий инсульта (пока что, правда, только в исследованиях на мышах). Ученые уже научились создавать среду, в которой нейрональные стволовые клетки удобно хранить и доставлять. В таком гидрогеле также содержатся необходимые сигнальные пептиды, которые способствуют нормальной дифференцировке клеток в нейроны и глию.
Однако гидрогель с клетками вводится в зону некроза, в которой погибли в том числе и сосуды. Следовательно, эта зона не кровоснабжается и к ней не поступает кислород. Из-за этого клетки страдают от гипоксии (немного кислорода все равно поступает с помощью диффузии через ткани) и не могут нормально дифференцироваться. Часто они погибают до того, как прорастут новые сосуды, которые приносили бы им кислород.
Чтобы решить эту проблему, ученые под руководством Дэвида Нисбета (David Nisbet) из Австралийского национального университета рассматрели несколько источников кислорода, которые можно было бы добавить в гидрогель. Они остановились на миоглобине – белке, который в мышцах человека и животных запасает кислород.
Ученые сравнивали эффективность разных модификаций миоглобина кашалота (Physeter macrocephalus): классическую молекулу, молекулу с присоединенным фенилаланином и молекулу с лейцином. Модификация с фенилаланином увеличивает сродство к кислороду в 13 раз, а с лейцином – уменьшает его 55 раз. Ученые предположили, что модификация с лейцином будет обеспечивать доступ к кислороду сразу после введения гидрогеля в вещество мозга, в то время как модификация с фенилаланином будет высвобождать кислород позже, когда химический состав ткани будет сигнализировать о гипоксии. Также ученые исследовали эффективность миоглобина лошади (Equus caballus).
Ученые проверили, что смесь из этих миоглобинов не влияет на свойства гидрогеля, как и сам гидрогель не повлиял на функциональность белков. При этом гидрогель с миоглобинами не вызывал иммунного ответа в мозге мышей. Проверив биосовместимость гидрогеля исследователи принялись изучать эффективность миоглобинов. Они отметили значительное увеличение клеточной массы стволовых клеток после инъекции в головной мозг мышей в гидрогеле с лошадиным миоглобином (p < 0,05). Кроме того, при введении гидрогеля с китовыми вариантами миоглобина клеточная масса трансплантата была наибольшей.
Спустя 28 дней наилучшее прорастание клеточных отростков нейронов и глии отмечалось при использовании лошадиного миоглобина и модификации китового миоглобина с фенилаланином. При применении гидрогелей с этими миоглобинами клетки проявляли наибольшую функциональную активность. При этом ученые не обнаружили чрезмерной клеточной пролиферации трансплантата, что говорит о нормальном межклеточном взаимодействии и дифференцировке стволовых клеток.
Таким образом, ученые решили проблему обеспечения стволовых клеток, которые с помощью гидрогеля вводят в зону инсульта головного мозга, кислородом, причем на длительный срок.
Модификация белков все чаще становится решением в терапии болезней. Так, мы рассказывали, что гибридный пептид из рекомбинанта VIII фактора свертывания, молекулы Fc и домена фактора фон Виллебранда снизил кровоточивость при гемофилии А.