Цикл мочевины отвечает за удаление азотистых отходов, образующихся в результате распада белка в организме. Если в этом цикле отсутствует фермент OTC, накопление аммиака возрастает до токсического уровня. Дефицит безрецептурных препаратов является наиболее частым нарушением цикла мочевины. Лекарствами это до сих пор не лечили.
Ген ОТС расположен на половой хромосоме (Х-хромосоме). Это означает, что у новорожденных женского пола проявления расстройства обычно слабее. Однако у новорожденных мужского пола, у которых есть одна X- и одна Y-хромосома, дефицит гена OTC имеет серьезные последствия: у новорожденных мальчиков интоксикация аммиаком из-за дефицита OTC часто приводит к летальному исходу. Исследовательская группа искала способы протестировать лекарства в лаборатории на отсутствие дефицита безрецептурных препаратов.
Во-первых, исследовательская группа создала клетки печени из тканей кожи пациентов в ходе сложного процесса. Это работало следующим образом: первоначально образец ткани кожи был взят у пациентов с дефицитом OTC, а также у контрольной группы (здоровые люди). В ходе сложного процесса образцы были дифференцированы, чтобы они функционировали как стволовые клетки. Этот инженерный процесс был разработан Синья Яманака, за что он был удостоен Нобелевской премии по медицине в 2012 году.
«Используя технологию индуцированных стволовых клеток, нам удалось получить клетки печени, которые функционируют во многом так же, как клетки печени пациентов», — объясняет доктор мед. Александр Леммле, старший врач отделения педиатрии и Университетского института клинической химии в Инзельшпитале. «Однако мы заметили, что индуцированные клетки печени выделяют значительно меньше мочевины, чем настоящие, здоровые клетки печени, и это не зависит от того, происходят ли они от здоровых людей или пациентов, получающих цикл мочевины».
Исследователям удалось установить причину такого поведения. Технологически сконструированные стволовые клетки характеризовались полным отсутствием аквапорина 9, транспортного белка в клеточной мембране. Причиной этого дефицита является еще незрелый, эмбриональный характер искусственных клеток печени.
Аквапорин 9: ключ к функционирующей искусственной клетке печени
Аквапорины организуют транспорт воды и некоторых веществ через клеточную мембрану. Аквапорин 9 отвечает за транспорт мочевины. На следующем этапе исследователи разработали процесс, при котором в стволовых клетках индуцируется образование аквапорина 9 . В результате технологически произведенные клетки печени изменили свое поведение. Они смогли расщеплять аммиак на мочевину и выделять мочевину — так же, как это делают здоровые клетки. Это обеспечивает основу для функциональной процедуры тестирования с искусственными клетками печени .
Использование искусственных клеток: тестирование терапевтических средств
Дефицит ОТС характеризуется тем, что сложные белковые структуры ОТС не функционируют должным образом. Им нужны, как и большинству более крупных белков, помощники или шапероны, чтобы собираться и функционировать должным образом. Проф. д.м.н. Йоханнес Хеберле из Детского исследовательского центра Университетской клиники Цюриха объясняет: «Шапероны следят за тем, чтобы молекулы фермента были свернуты правильно и чтобы фермент был правильно подготовлен к его использованию или последующему сбросу. Новая тестовая модель в настоящее время используется для тестирования безрецептурных препаратов. сопровождающих, чтобы узнать больше о дефиците безрецептурных препаратов и, конечно же, о возможных методах лечения».
