Автор: Лилия Мукарамова, косметолог, научный руководитель Revolution Bio.
Экзосомы - новая группа препаратов в регенеративной медицине. Стимуляция регенерации нужна нам как при различного рода повреждениях тканей, так и для их омоложения и замедления старения.
Для того чтобы понять какие именно экзосомы и как способны стимулировать регенераторные процессы, необходимо напомнить, что же такое экзосомы и какова их функция. Межклеточная коммуникация необходима любому многоклеточному организму для того, чтобы он функционировал как единое целое. Передача сигналов может осуществляться как путем секреции во внеклеточное пространство, так и через щелевые контакты напрямую между клетками [1]. Но такая коммуникация возможна только между близлежащими клетками. В 2013 г была доказана транспортная функция экзосом. Это открытие удостоилось Нобелевской премии (Нобелевская премия по физиологии и медицине (2013): везикулярный транспорт). Экзосомы - крошечные внеклеточные пузырьки, выделяемые клетками в окружающую среду и разносимые кровотоком по всему организму. Они содержат белки, липиды и нуклеиновые кислоты, сохранность которых обеспечивает мембрана экзосомы. Таким образом, экзосома представляет собой «посылку», которая, двигаясь «водным транспортом», позволяет доставить ценный груз точно адресату, находящемуся на большом расстоянии. Рецепторы на поверхности мембраны обеспечивают доставку точно по адресу.
Содержимое экзосом зависит от того, какой клеткой они синтезированы. Экзосомы были обнаружены практически во всех биологических жидкостях. Производить экзосомы способна почти любая наша клетка. Помимо переноса информации экзосомы могут доставлять готовые белки, которые синтезируются в одних клетках , а необходимы для функционирования других.
Исследования последних лет показывают, что клетки общаются между собой, используя нетранслируемые последовательности как микроРНК [2], так и матричных (!) РНК. Это «язык» на котором разговаривают клетки. МикроРНК являются одним из ключевых компонентов экзосом, который определяет их регулирующую функцию. Подробно о том как работают микроРНК можно прочитать в статье здесь.
Если практически все клетки производят экзосомы, то какие же экзосомы будут стимулировать регенераторные процессы?
По последним данным именно экзосомы стволовых клеток играют важную роль в регенерации. Экзосомы гемопоэтических стволовых клеток, мультипотентных клеток стромы или сердечных стволовых клеток защищают клетки, оставшиеся в поврежденных тканях, от апоптоза, стимулируют деление выживших клеток и рост сосудов. [3]
Человеческие мезенхимальные стволовые клетки принимают активное участие в процессах регенерации и обладают иммуномодулирующим действием.
Поэтому культуры этих клеток использовались для клеточной терапии при лечении незаживающих ран, повреждений и воспалительных заболеваний сердца, почек, нервной ткани, суставов и регенерации костей.
Исследования показали, что эти эффекты обусловлены не делением и дифференцировкой самих клеток, а продуцируемыми ими регуляторными факторами, основные из которых заключены в экзосомы. Благодаря этим факторам запускается целый каскад регенераторных процессов. Активируется деление и дифференцировка клеток поврежденной ткани, ангиогенез, идет рекрутинг клеток предшественников. Таким образом, использование экзосом мезенхимальных стволовых клеток позволяет получить все эти эффекты без использования самих клеток. Экзосомы, в отличие от клеток, легко переносят замораживание и оттаивание, что облегчает их использование и транспортировку. Кроме того, снимается вопрос о бесконтрольном делении и других рисках клеточной терапии.
Многочисленные исследования подтверждают огромный регенераторный потенциал экзосом мезенхимальных стволовых клеток.
При повреждении тканей мезенхимальные стволовые клетки отправляют с помощью экзосом мРНК TGF-β1 и мРНК рецептора инсулиноподобного ростового фактора-1, что дает начало активации процессов регенерации и восстановлению тканей [4]
В экспериментах на животных даже однократное введение экзосом мезенхимальных стволовых клеток уменьшает размер инфаркта и улучшает состояние подопытных. [5], [6].
Положительные клинические результаты получены при применении экзосомальных препаратов для лечения атопического дерматита, ожогов и ран у большой группы пациентов.
Также экзосомальная терапия оказалась высокоэффективна при коррекции возрастных изменений.
Во-первых, экзосомы стволовых клеток ускоряют пролиферацию фибробластов. При этом «передозировка» экзосомами практически невозможна, если экзосом слишком много, то «лишние» просто не проявляют никакой активности [7].
Кроме того, экзосомы стволовых клеток, способны предотвращать внешнее старение кожи, вызванное УФ-излучением, они восстанавливают поврежденные фибробласты и повышают их жизнеспособность более чем на 20%.
А способность экзосом СК значительно снизить время регенерации пораженного участка, а также улучшить состояние рубцов и шрамов делает актуальным их сочетание с травматичными аппаратными процедурами, при которых происходит повреждение кожи. Это позволяет улучшить результат от самих процедур и снизить риски осложнений.
Экзосомальная терапия дает новые возможности как в лечении дерматитов различного происхождения, так и в качестве омолаживающих процедур.
Хочется отметить, что таким мощным регенераторным и омолаживающим потенциалом обладают именно экзосомы СК, ввиду функций самих этих клеток в нашем организме.
1.Sandra Bloemendal, Ulrich Kück. (2013). Cell-to-cell communication in plants, animals, and fungi: a comparative review. Naturwissenschaften. 100, 3-19;
2.Huili Guo, Nicholas T. Ingolia, Jonathan S. Weissman, David P. Bartel. (2010). Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 466, 835-840;
3.Дмитрий Джагаров , Антон Чугунов, Андрей Панов Экзосома — механизм координации и взаимопомощи клеток организмаhttps://biomolecula.ru/articles/ekzosoma-mekhanizm-koordinatsii-i-vzaimopomoshchi-kletok-organizma
4.Fernanda T. Borges, Sonia A. Melo, Berna C. Özdemir, Noritoshi Kato, Ignacio Revuelta, et. al.. (2013). TGF-β1–Containing Exosomes from Injured Epithelial Cells Activate Fibroblasts to Initiate Tissue Regenerative Responses and Fibrosis. JASN. 24, 385-392;
5Fatih Arslan, Ruenn Chai Lai, Mirjam B. Smeets, Lars Akeroyd, Andre Choo, et. al.. (2013). Mesenchymal stem cell-derived exosomes increase ATP levels, decrease oxidative stress and activate PI3K/Akt pathway to enhance myocardial vability and prevent adverse remodeling after myocardial ischemia/reperfusion injury. Stem Cell Research. 10, 301-312;
6.Ruenn Chai Lai, Ronne Wee Yeh Yeo, Kok Hian Tan, Sai Kiang Lim. (2013). Mesenchymal stem cell exosome ameliorates reperfusion injury through proteomic complementation. Regenerative Medicine. 8, 197-209;
7.Myeongsik Oh, Jinhee Lee, Yu Kim, Won Rhee, Ju Park. (2018). Exosomes Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells Ameliorate the Aging of Skin Fibroblasts. IJMS. 19, 1715.