![Na górze znajduje się pasek zawierający logotypy z napisami, kolejno od lewej: Narodowe Centrum Nauki, Rzeczpospolita Polska, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie. Poniżej napis: „Projekt: Wpływ hipoksji na charakterystykę molekularną oraz potencjał biologiczny, w tym zdolność do regeneracji serca, pęcherzyków zewnątrzkomórkowych wydzielanych przez ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste”. Poniżej: Sonata 12: UMO-2016/23/D/NZ3/01310 Poniżej napis: Medycyna regeneracyjna. Poniżej, po lewej stronie jest zdjęcie kolonii indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, a nad min podpis: „komórki hiPSCs”. Pod zdjęciem znajduje się skala przedstawiająca stężenie tlenu i podpis: „O2 [%]: 21, 5, 3”. Poniżej skali znajduje się napis: „Izolacja EVs”. Poniżej przedstawiono rysunek nanopęcherzyków, a jeden z nich jest powiększony przez lupę. Powiększenie przedstawia okrągły pęcherzyk, złożony z dwuwarstwy lipidowej, w której znajdują się różne receptory komórkowe oraz kanału błonowe. Wewnątrz pęcherzyka znajdują się schematyczne białka oraz kwasy nukleinowe, czyli mikro RNA oraz mRNA tworzone na rybosomie. Z prawej strony od nanopęcherzyków odchodzi strzałka w kierunku serca, które znajduje się w centralnej części rysunku. Przy strzałce znajduje się napis: „Innowacyjna terapia”. Poniżej tego napisu, po prawej stronie powiększonego pęcherzyka, jest napis: „Analizy składu molekularnego EVs”. Od tego napisu odchodzą trzy strzałki, wskazujące dalsze napisy, kolejno od lewej: „Proteomika”, „Transkryptominka”, „miRNA”. Od schematu serca w kierunku prawego górnego rogu odchodzi strzałka, która rozdziela się na trzy części. Nad strzałką jest napis: „Analizy in vitro”. Strzałki pokazują trzy rodzaje komórek, kolejno od góry: „Kardiomiocyty”, „Komórki endotelialne” oraz „Fibroblasty”. Po prawej stronie komórek, u góry, pokazana jest strzałka w górę, a pod nią kolejno napisy: „Przeżywalność”, „Odporność na stres”, „Proliferacja”, „Utrzymanie fenotypu”. Od schematu serca, w kierunku prawego dolnego rogu odchodzi strzałka wskazująca schematyczną mysz doświadczalną, a nad nią widnieje napis: „Analizy in vivo”. Po prawej stronie myszy znajduje się strzałka skierowana do góry, a pod nią napis: „Poprawa funkcjonowania serca”. Poniżej rysunku jest napis: „Przygotowano w: https://BioRender.com”.](/o/adaptive-media/image/49481479/Thumbnail-300x300/sonata12-grafika-1.jpg?t=1732710509808)
Ogromnym wyzwaniem dla współczesnej medycyny jest regeneracja tkanek i narządów. Ze względu na brak możliwości lub ograniczony potencjał do odtworzenia funkcjonalnej struktury uszkodzonych tkanek u człowieka, np. mięśnia sercowego, poszukuje się nowatorskich metod terapeutycznych. W tym zakresie, metody oparte o komórki macierzyste (ang, stem cells; SC), wydają się szczególnie obiecujące. SC posiadają pierwotny – niezróżnicowany charakter i pod wpływem określonych czynników, mogą różnicować w inne typy komórek. Szczególnym rodzajem SC są indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (ang. induced pluripotent stem cells; iPSC), które posiadają zdolność do różnicowania we wszystkie rodzaje komórek budujących organizm dorosły oraz można je utrzymać w hodowli w nieskończoność. iPSC są komórkami sztucznie utworzonymi w laboratorium, dlatego ich wykorzystanie w badaniach biomedycznych nie wzbudza kontrowersji etycznych. Stąd też, iPSC są doskonałym narzędziem do modelowania chorób czy testowania nowych leków oraz stanowią potencjalne źródło komórek do przeszczepów i naprawy uszkodzonych narządów. Co więcej, iPSC, podobnie jak inne komórki, wydzielają bioaktywne nanostruktury, w postaci pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (ang. extracellular vesicles; EVs). EVs to maleńkie pęcherzyki, które zawierają bioaktywne składniki, takie jak białka, lipidy i cząsteczek RNA. EVs mogą wnikać do innych komórek i po uwolnieniu swojej zawartości, mogą zmieniać zachowanie oraz sposób funkcjonowania komórek docelowych. Zatem wykorzystanie zarówno komórek iPSCs, jak i EVs stanowi atrakcyjne narzędzie w medycynie regeneracyjnej. Co ważne, naturalne środowisko występowania SCs cechuje obniżona dostępność tlenu (tzw. hipoksja), w porównaniu do wartości atmosferycznego stężenia tlenu (tzw. normoksja). Jednak wpływ hipoksji na właściwości biologiczne ludzkich iPSCs (hiPSCs) oraz wydzielanych przez nie EVs nie został w pełni poznany, co stanowiło główny cel badawczy projektu.
Wykorzystując nowoczesne metody badawcze, sprawdziliśmy w projekcie skład molekularny hiPSC oraz pochodzących z nich EVs. Zbadaliśmy również wpływ hiPS-EVs pochodzących z różnych warunków stężenia tlenu, na różne rodzaje komórek mięśnia sercowego, włączając kardiomiocyty (komórki kurczliwe) komórki budujące ściany naczyń krwionośnych oraz komórki stromalne. Co więcej, dokonaliśmy weryfikacji terapeutycznych właściwości hiPS-EVs bezpośrednio w modelu mysim uszkodzenia serca (Ryc. 1). Uzyskane wyniki wskazują, że w zależności od dostępności tlenu w hodowli, zachodzą zmiany na poziomie molekularnym, zarówno w komórkach, jak i EVs, co również przekłada się na aktywność biologiczną EVs. Wykazaliśmy korzystne działanie hiPS-EVs na różne populacje komórek serca, w tym zwiększenie przeżywalności, wzrost odporności na stres oksydacyjny, wzmożoną proliferację oraz zachowanie fenotypu komórkowego. W badaniach uszkodzenia serca u myszy doświadczalnych potwierdziliśmy korzystny wpływ zastosowania terapii w oparciu o hiPS-EVs.
Podsumowując, wyniki uzyskane w projekcie dostarczyły nowej wiedzy na temat wpływu stężenia tlenu w mikrośrodowisku komórek hiPSC na skład molekularny oraz metabolizm hiPSC oraz aktywność wydzielanych przez nie EVs. Co ważne, potwierdzony w projekcie korzystny wpływ hiPS-EVs na funkcjonowanie komórek serca może zostać wykorzystany w medycynie regeneracyjnej, włączając kardiologię eksperymentalną. Dzięki temu, uzyskane rezultaty mogą przyczynić się do poprawy zdrowia wielu pacjentów.