Терапевтический потенциал эмбриональных стволовых (ES) клеток используется для разнообразных клинических нужд, включая ишемическую болезнь сердца, диабет, болезни почек и повреждения спинного мозга. Предпочтительным примером болезни, при которых ES клетки употребляются или исследуются, являются те, где замещаются клетки, которые повреждены или дегенерируют в результате патологических процессов. Fraidenraich с коллегами (Science 306:247) разработали модель, согласно которой аномально развивающееся сердце мышей может быть восстановлено прежде чем разовьются различные дефекты, с помощью инъекций ES клеток хозяину. Более того, они продемонстрировали, что такая нормализация не обусловлена непосредственным замещением клеток с помощью ES клеток и что частично нормализация может быть достигнута с помощью инъекций матерям чувствительных мышей перед зачатием. Чтобы оценить значение ES клеток в онтогенетических кардиальных дефектах, Fraidenraich et al. впервые разработали модель онтогенетических аномалий сердца с помощью нокауту мышей серии генов (Id генов), которые являются доминантными негативными антагонистами различных basic helix-loop-helix транскрипционных факторов. Отсутствие, по крайней мере, 2-х из трех Id генов Id1, Id2, или Id3 является летальным для развивающегося эмбриона в середине беременности (E13.5). Эти двойные нокауты обнаруживают разнообразные врожденные пороки сердца, включая дефекты межжелудочковой перегородки, атрезию тракта оттока и истончение компактного миокарда. Дефекты, как полагают, вызываются снижением пролиферации миокарда во время развития, продемонстрированные исследованиями с использованием включения BrdU. Id1/Id3 двойные нокауты обнаруживали также тяжелый нейро-сосудистый коллапс (collapse) приводящий к спонтанным гемморагиям, хотя летальность в середине беременности происходит в отсутствие этой патологии, указывая тем самым, что пороки сердца в первую очередь ответственны за неспособность доживать до рождения. От взаимных скрещиваний Id1-/-/Id2+/-/Id3+/- до рождения не доживал ни один потомок в отсутствие вмешательств. Однако, при инъекции ES (дикого типа Id1/Id2/Id3) клеток в бластоцист 20% мышей от этих скрещиваний доживали до рождения и не обнаруживали признаков пороков сердца гистологически и эхокардиографически, хотя размеры тела и сердца были значительно меньше. Интересно, что хотя нормализация кардиального фенотипа и нуждается в экспрессии интактных Id в ES клетках, клетки сами по себе не замещают неправильно сформированного миокарда. Фактически, ES клетки представлют собой только 20% от восстановленного сердца на ст. E17.5. Чтобы оценить, какова роль ES клеток в нормализации нокаутных Id эмбрионов, исследователи сравнивали профили генной экспрессии у дикого типа, восстановленных и нокаутных мышей с помощью изучения микромассивов. microarray. Экспрессия генов, активность которых была аномально усилена у мутантных мышей, находилась под контролем у мышей, которым инъецировали ES клетки, на ст. E11.5 клеточно автономным способом. Т.е. экспрессия генов выглядела нормальной во всем миокарде химерных мышей, которым инъецировали ES клетки независимо от статуса Id самих клеток. Исследователи постарались показать, что супернатанты из эпикардиальных ES клеток в культивируемых сердцах способны восстанавливать пролиферативный дефект Id нокаута в культивируемых сердцах Id1-/-/Id+/- мышей. Сигналы, ответственные за нормализацию этих специфических дефектов, фактически действовали достаточно удаленно, чтобы нормализовать дефект в развивающихся Id1/Id3 нокаутных эмбрионах после внутрибрюшинной инокуляции Id1-/-/Id3+/- матерей перед зачатием. 18% мышей от матерей, обработанных таким образом, доживали до рождения по сравнению с отсутствием детенышей в скрещиваниях без инокуляции. Восстановленные детеныши не содержали ES клеток, поэтому они были неспособны жить постнатально в отсутствие передачи ES сигналов от матери. Секретируемый фактор, отвечающий за такое удаленное частичное восстановление Id нокаутного фенотипа был идентифицирован с помощью анализа микромассивов как IGF-1, который, если вводился внутрибрюшинно беременным матерям, вызывал эффект той же самой нормализации, обнаруживаемый после инъекции ES клеток перед оплодотворением (Fig. 1). Fig. 1. Embryonic stem (ES) cells injected into mothers of offspring with cardiac malformations or directly into affected blastocysts rescue heart malformations, allowing mice to come to term that would otherwise be lost in utero. ES cells injected into mothers prior to conception induce rescue in an IGF-dependent manner, while ES cells injected into blastocysts effect rescue by directly influencing affected cells, and also inducing signaling distal to the affected site. Наконец, авт. этого исследования идентифицировали ближайший сигнал, индуцируемый ES клетками, необходимый, чтобы скорректировать изменения генной экспрессии, не устраняемые выше приведенными методами. С помощью экспрессии Wnt5a, модифицируемого липидами гликопротеина, в совместной культуре с восстановленными сердцами после внутрибрюшинных инъекций матерям, происходила нормализация изменений генной экспрессии. Это исчерпывающее изучение роли ES клеток по нормализации пороков сердца у мышей является важной демонстрацией терапевтического потенциала ES клеток при врожденных заболеваниях и демонстрирует эктраординарную способность ES клеток влиять как на проксимальные, так и дистальные аномалии с помощью клеточно автономных механизмов. Это исследование может привести к новым терапевтическим подходам при беременностях с высоким риском развития аномалий.