Играли ли вы в детстве в игру «Найди лишнее»? Если да, то наверняка сможете угадать это лишнее (или, скорее, лишних) в ряду «Лягушка, овца, стволовые клетки, клонирование, программирование». Много разного? Нет связи? Лишь на первый взгляд. Хотите разгадку? Останьтесь на несколько минут: обещаем, разгадка будет необычной.
По ходу жизни: начальная идея
Мы все состоим из разных органов и тканей. Они так непохожи друг на друга, что трудно представить, что в них есть та фундаментальная часть, которая одинакова вне зависимости от того, клетка ли это желудка, печени, мышцы или головного мозга. Это - генетический набор: он идентичен в любой клетке организма.
После слияния сперматозоида и яйцеклетки начинается деление последней. В начале эмбрион состоит из так называемых плюрипотентных («способных на многое») клеток. Они могут превращаться в клетки любой ткани, из которой и будет состоять конечный организм. Иными словами, неспециализированные клетки по мере развития эмбриона постепенно специализируются до такой степени, что в конечном счёте разительно отличаются друг от друга как по строению, так и по функции: клетки мозга выглядят совсем иначе, чем клетки почки, да и работа у них разная.
НЕЗРЕЛЫЕ КЛЕТКИ, СПОСОБНЫЕ САМООБНОВЛЯТЬСЯ
И ПРЕВРАЩАТЬСЯ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ КЛЕТКИ
ОРГАНИЗМА, ПОЛУЧИЛИ НАЗВАНИЕ СТВОЛОВЫХ
Когда-то считалось, что, получив «специализацию», клетки не могут возвращаться к своим более ранним фазам развития, не могут снова стать «всемогущими» плюрипотентными клетками. Однако в 60-х годах прошлого столетия биолог Джон Гёрдон взял ядро из эпителиальной клетки кишечника одной лягушки и перенёс его в яйцеклетку другой. После этого яйцеклетка начала делиться до стадии головастика.
Получается, что такая высокоспециализированная клетка хранила информацию, которая позволила получить из неё целый организм? Спустя более 30 лет мир узнает об овечке Долли - первом млекопитающем, полученном методом клонирования в 90-х годах XX столетия.
Овечка Долли - первое клонированное млекопитающее животное
Таким образом, ядро высокоспециализированной клетки, «заточенной» под выполнение своих функций в кишечнике, при помещении его в соответствующие условия, смогло раскрыть имеющийся в нём (но, образно говоря, «заблокированный», «выключенный» за ненадобностью) потенциал, и способствовать созданию нового организма. А можно ли повторить что-то подобное с учётом современного состояния науки? И что это может нам дать?
Универсалы: стволовые клетки. Что же это такое?
Незрелые клетки, способные самообновляться и превращаться в специализированные клетки организма, получили название стволовых. Термин «стволовая клетка» ввёл в научный обиход в начале XX столетия российский учёный Александр Максимов.
ПО МЕРЕ ВЗРОСЛЕНИЯ ЧИСЛО СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
УМЕНЬШАЕТСЯ. НАПРИМЕР, У НОВОРОЖДЁННОГО
ИХ 1 НА 10 ТЫС. ОБЫЧНЫХ, В 20-25 ЛЕТ 1 УЖЕ
НА 100 ТЫС., А К 30-ТИ - НА 300 ТЫС.
Будущий малыш в матке формируется из стволовых клеток. Позднее они занимаются «ремонтом» повреждений в нашем организме. Но по мере взросления число их уменьшается. Например, у новорождённого их 1 на 10 тыс. обычных, в 20-25 лет - 1 уже на 100 тыс., а к 30-ти - на 300 тыс. Среди причин снижения их количества - перенесённые болезни, нездоровый образ жизни, неблагоприятная экология, нерациональное питание и др. Если стволовых клеток недостаточно, то печень, почки, сердце и другие органы не могут полностью восстановиться: организм постепенно выходит из строя.
Стволовые клетки бывают эмбриональными, фетальными, взрослыми. Из названия понятно, что получить их можно было бы от эмбриона, плода и взрослого организма. Первые два способа у человека этически проблематичны, поскольку это возможно, только если прервать беременность. В нашей стране эти технологии запрещены.
Взрослые стволовые клетки применять можно, но где их взять? Как оказалось, есть они во многих местах. Костный и головной мозг, подкожный жир, волосы, кожа... Однако и здесь есть «но», даже два. Например, оправдано ли лезть за ними в мозг? Другой момент: взрослые стволовые клетки уже имеют некоторую степень зрелости. Они могут быстро дозреть и превратиться в часть мозга, кожи и т.д., однако «переспециализироваться» не способны. Тем не менее их с успехом используют: в частности, стволовые клетки кожи - фибробласты - способны помочь при морщинах.
Смена специализации: возможно ли?
Учёные давно работают в этом направлении. Одним из успешных исследователей стал второй герой нашей сегодняшней статьи, японский учёный Синья Яманака. На границе тысячелетий - в 2000 году - он задался вопросом, какие факторы могут влиять на способность специализированных (соматических) клеток становиться стволовыми.
Яманака исходил из предположения, что все или почти все клетки организма обладают потенциалом для перехода в плюрипотентные, т.е. такие, которые смогут превращаться во многие другие виды клеток.
Вооружившись знаниями об уже известных факторах, принимающих участие в регуляции эмбриогенеза, учёный отобрал 24 возможных гена-претендента, на его взгляд значимых в «перепрограммировании» клеток. В качестве «подопытных» клеток были взяты эмбриональные мышиные фибробласты. В итоге выяснилось, что лишь 4 гена были необходимы для получения стволовых клеток.
В начале работ превращать клетки в полностью плюрипонтентные не получалось. По мере совершенствования методики исследователи смогли получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК, так назвал их сам Яманака) и даже, пересадив их в мышиный эмбрион, вырастить химерную мышь. В 2007 году учёный смог перепрограммировать человеческие фибробласты, немного поменяв сочетание нужных для этого генов.
Опыты Яманаки стали проводить и в других лабораториях, используя иные типы клеток и модифицируя условия для «перепрограммирования».
Сам он в статье от 2009 года подчёркивал, что технология получения ИПСК всё ещё пребывает в зачаточном состоянии. Однако её возможности очень существенны. Эти клетки могут ответить на многие вопросы, связанные с пониманием механизмов развития болезней и созданием безопасных и действенных средств для их лечения.
Помимо этого, клеточные технологии с применением ИПСК помогут в терапии многих патологий и травм. Преимущества также в том, что оптимально решаются этические вопросы, а также проблемы, связанные с отторжением трансплантата, обусловленным реакцией иммунитета пациента (собственные пересаженные клетки не отторгаются). Однако для практического внедрения таких методов следует добиться полного и равномерного перепрограммирования соматических клеток в ИПСК.
Также пока не получается достичь стойкого превращения ИПСК обратно в соматические клетки, что существенно повышает риск развития опухолей.
Стволовые клетки: роль в современной медицинской практике
Прорывное открытие Яманаки ещё удивит человечество своими конкретными воплощениями.
Однако стволовые клетки как таковые уже давно и достаточно успешно применяются в медицине. Пожалуй, один из самых распространённых примеров - их пересадка при лейкозах (лейкемиях), иногда называемых в обиходе «раком крови». В чём смысл этой манипуляции при данном заболевании?
ОДИН ИЗ САМЫХ РАСПРОСТРАНЁННЫХ ПРИМЕРОВ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК В МЕДИЦИНЕ - ИХ
ПЕРЕСАДКА ПРИ ЛЕЙКОЗАХ (ЛЕЙКЕМИЯХ)
При лейкозе в костном мозге образуются злокачественные лейкозные клетки, со временем подавляющие нормальные костномозговые клетки. Чтобы избавиться от опухолевых клеток, в организм вводятся медикаменты - проводится так называемая химиотерапия.
Возможен и другой способ лечения - трансплантации стволовых клеток крови. При этом сначала полностью подавляется костный мозг пациента. После в его организм вводятся максимально совместимые с ним донорские стволовые клетки крови. После приживления из них начинают образовываться нормальные, зрелые, обладающие определённой функциональной специализацией, клетки крови.
Поскольку в этом случае клетки получают от другого организма, возможны более или менее выраженные реакции несовместимости.
Чтобы избежать, в частности, возможных реакций иммунологического отторжения, также существует технология получения стволовых клеток из пуповинной крови. В чём её смысл?
Предположим, что родители хотят «подстраховаться» на случай серьёзной болезни своего будущего ребёнка. В таком случае до появления его на свет они ставят об этом в известность врачей и, если клиника располагает технологическими возможностями, при родах из пуповины берут кровь, содержащую стволовые клетки. Их можно законсервировать в специальном банке стволовых клеток, и если при жизни ребёнок заболеет чем-то, что можно лечить с их помощью, их разморозят и используют. Так как клетки «родные», иммунологических реакций быть не должно.
Какие ещё есть примеры применения стволовых клеток? Это дегенеративные болезни головного мозга; травмы спинного мозга; инфаркт миокарда; ожоги и раны, некоторые наследственные нарушения обмена веществ и расстройства иммунитета, и ряд других.
В специальном биореакторе учёным удалось вырастить мочевые пузыри, которые уже были трансплантированы нескольким десяткам человек.
Путь к... бессмертию? (скажите, вы тоже об этом подумали?)
Наверняка нет - уже хотя бы потому, что даже если вырастить целый мозг, ваша личность всегда будет находиться в вашем собственном мозге, и «пересадить» её, разумеется, никуда не удастся.
А вот для восстановления по крайней мере некоторых органов технология может оказаться вполне перспективной. Если такое произойдёт, это может привести к серьёзному прогрессу в лечении ожогов, повреждений органов, восстановлении части органа, утраченного при операции по поводу опухоли.
За свой вклад в медицину Синья Яманака и Джон Гёрдон удостоились Нобелевской премии. Нам же остаётся ждать практической реализации революционных идей и технологий. Или не просто ждать: ведь если получилось у них, возможно, получится и у кого-то из нас?
Текст: Энвер Алиев
Читайте другие материалы по темам:
Вопреки предрассудкам. Онколог-бунтарь Томас Ходжкин
Революция Николая Короткова. Как был придуман метод измерения артериального давления?
Продать всё – спасти миллионы. Как был открыт инсулин
