Ученые смогли превратить клетку взрослого человека в аналог эмбриональной стволовой клетки. Теперь можно обойтись без насилия над эмбрионами

Сенсационными называет научная общественность результаты двух работ, проделанных группами из Японии и США. Ученые под руководством Шиньи Яманаки(Япония) и Джеймса Томсона (США) научились изменять взрослую клетку кожи человека (фибробласт), превращая ее в аналог эмбриональной стволовой клетки. Теперь, похоже, можно обойтись без эмбрионов.

Полученные клетки ученые назвали индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, по функциям очень похожими на эмбриональные стволовые клетки. Первая работа на эту тему японской группы Яманаки была опубликована еще в прошлом году. Тогда ученые работали с клетками мыши. Какова была идея опытов? Ученые стремились вернуть взрослую клетку на один из самых ранних этапов ее развития. Они изменяли геном фибробласта с помощью генной модификации. До этого эмбриональные стволовые клетки получали из эмбрионов, что вызывало многочисленные споры об этичности процедуры.

Клетки для ремонта

Человек начинается с одной клетки. Впрочем, как и все живые организмы. Фантастика, как из этой одной, потом нескольких крохотных клеточек, которых становится все больше и больше, получается оформленное существо — с руками, ногами, головой и мозгом. Эволюция сформировала многоступенчатый механизм развития организма от оплодотворения до смерти, который ученые называют онтогенезом. Та единственная клетка, из которой мы происходим, называется тотипотентной, или всемогущей. Всемогущими эта клетка и несколько ее потомков будут до того момента, когда они начнут формировать три зародышевых листка, из которых потом разовьются наши органы и ткани. С каждым последующим этапом клетки будут все больше и больше специализироваться. Этот процесс необратим: первая клетказигота, эмбрион, плод, ребенок, взрослый человек, старый, мертвый. Так начинается и завершается жизнь клеток организма. Одна из версий старения заключается в том, что стареют и умирают клетки, а предусмотренных природой резервных возможностей в виде клетокпредшественниц становится все меньше, и они в конце концов исчерпываются.

Термин «стволовая клетка» ввел в научный обиход русский гистолог Александр Максимов в 1908 году. Но прошел почти век, прежде чем эта область науки стала бурно развиваться

Но человек, уже давно не полагающийся на эволюцию, задумывается о способах вмешательства в этот вроде бы незыблемый механизм. И он не мог обойти вниманием те клетки, из которых все начинается и которые, по идее, могут «омолодить» наш организм или починить его в местах поломок. Термин «стволовая клетка» ввел в научный обиход русский гистолог Александр Максимов в 1908 году. Но прошел почти век, прежде чем эта область науки стала бурно развиваться. В 1981 году один из нобелевских лауреатов в области физиологии и медицины, Мартин Эванс из Великобритании, впервые выделил мышиные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Человеческие ЭСК были выделены американцами Джеймсом Томсоном и Джоном Герхартом только в 1998 году. В 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после открытия структуры ДНК и расшифровки генома человека. Из ЭСК под влиянием соответствующих условий в культуре теоретически можно получить любую более чем из 200 типов клеток организма, любой материал для «ремонта» человека. Но перед использованием ЭСК в терапии кроме технологических барьеров, которые постепенно преодолеваются, сразу встали этические. ЭСК получают из пяти-шестидневных эмбрионов, оставшихся после оплодотворения в пробирке. И это можно рассматривать как убийство нерожденного организма. Ученые искали способы обойти этот барьер. Исследования взрослых организмов позволили обнаружить так называемые взрослые стволовые клетки, которые находятся в различных резервных нишах органов и тканей. Вероятно, они образовались в организме еще в утробе матери: когда эмбриональные стволовые клетки проходили путь к специализации, они производили и свои точные копии, которые откладывались в качестве резерва в так называемые депо. Первыми были открыты стволовые клетки костного мозга — мезенхимальные и гемопоэтические. Из первых могут в случае надобности образоваться клетки хрящей, костей и жировые, из вторых — клетки крови. Позже ниши с клетками-предшественницами стали находить в жировой ткани, зубной и даже в мозге. Но последние пока не очень хорошо изучены.

Эти взрослые стволовые клетки (находящиеся на более позднем этапе развития, чем ЭСК) научились извлекать и культивировать, а затем пытались использовать в лечении различных заболеваний. Пока это не общепринятые технологии в терапии, а экспериментальные. Они применяются в кардиохирургии и в неврологии. Взрослые стволовые клетки призваны заместить погибшие клетки, например, при инфаркте. Сейчас есть данные как за, так и против применения этих клеток.

Главное достоинство взрослых стволовых клеток — они берутся у человека, которому потом будут вводиться, поэтому вопрос о совместимости отпадает. Еще одно преимущество — в их получении нет ничего неэтичного. Но все же взрослые стволовые клетки уступают эмбриональным. По словам старшего научного сотрудника Института биологии развития им. Кольцова Российской академии наук Ольги Гордеевой, у них есть несколько принципиальных отличий от ЭСК. Вопервых, взрослые стволовые клетки нужно извлечь из человека, а любое внедрение в организм может приносить больший или меньший вред. Во-вторых, они гораздо медленнее наращиваются, и получить большое количество часто затруднительно. В-третьих, они могут быть очень нестабильны во время культивирования, из них может получиться не то, что нужно. В-четвертых, в некоторых случаях введение даже собственных (аутологичных) культивированных стволовых клеток может вызвать развитие опухоли (возможно, за счет побочных явлений во время культивирования). В-пятых, из них можно получить в результате направленной дифференцировки лишь ограниченное количество типов клеток.

Как из взрослой клетки сделать эмбриональную стволовую

Поэтому внимание ученых все же больше обращено на эмбриональные стволовые клетки. Они легко извлекаются из бластоцисты, полученной в культуре в результате слияния женской и мужской половых клеток. Они очень быстро наращиваются, поскольку это в них заложено природой. Они достаточно стабильны в культуре. И главное — их можно превратить с помощью различных факторов во многие типы клеток. Правда, по словам Ольги Гордеевой, технологии культивирования ЭСК, так же как и взрослых стволовых клеток, пока не стопроцентно отточены. При наращивании и направленной дифференцировке ЭСК (если хотят получить, к примеру, нейроны) трудно добиться однородной культуры. В колонии могут оставаться недифференцированные клетки, они могут давать опухоль. К тому же по определению не могут использоваться аутологичные эмбриональные стволовые клетки. А это означает, что нужно решать проблему совместимости этих клеток с тем организмом, которому они нужны. Это делается способом клонирования. У взрослого организма берется, к примеру, клетка кожи, ее геном изымается и вставляется в яйцеклетку с удаленным геномом. Яйцеклетку с новым ядром активируют, она начинает дробиться. Когда из этой яйцеклетки развивается бластоциста, из нее извлекают ЭСК, наращивают их, и они в принципе готовы для введения.

Однако во всем мире эксперименты на человеке с человеческими ЭСК запрещены. Разрешено лишь использовать их в культуре до стадии 14 дней для научных целей. Барьеры все те же — неприемлемый способ получения ЭСК и недостаточно изученные механизмы их поведения в живом организме. Первая задача, похоже, решена.

Одобрено Ватиканом

Шинья Яманака решил попробовать вернуть в эмбриональное состояние взрослую клетку кожи мыши — фибробласт. Для этого он изучал, какие гены наиболее активно работают в эмбриональной стволовой клетке. Известно, что геном во всех клетках одинаков, но в разных типах клеток и на разных этапах их развития включены лишь определенные гены. В эмбриональной активнее работают одни гены, во взрослой — другие. Остальные молчат либо работают от случая к случаю. Ученые уже научились конструировать гены. Шинья Яманака использовал четыре гена, которые самым активным образом работали в ЭСК, и сделал конструкции с ними на основе ретровируса. Ретровирус осуществляет доставку и внедрение этих генов в ядро и геном фибробласта. В результате в фибробласте появились четыре новых гена. Эти гены есть и в самой взрослой клетке, но они молчат. «Самое удивительное, что в фибробласте не только работали внедренные гены, но и начинали работать такие же собственные, — рассказывает Ольга Гордеева. — Ученые убедились в этом, выключая введенные ими гены.» Полученные клетки становились похожими на ЭСК, то есть в результате модификации они возвращались в свое эмбриональное состояние. Подобную же работу для проверки результатов Яманаки проделала группа под руководством Рудольфа Ениша из Кембриджского университета. И получила аналогичные результаты.

Во всем мире эксперименты на человеке с человеческими ЭСК запрещены. Разрешено лишь использовать их в культуре до стадии 14 дней для научных целей

Для проверки ученые проводили два теста. Как убедиться, что модифицированные клетки обладают функциями ЭСК? Если их подсадить в бластоцисту мыши, они должны развиваться в эмбрион. Причем у эмбриона должно быть два генома — мышки-матери и подсаженный. В опыте получились так называемые химерные мышата с двумя геномами. Второй тест — введение модифицированных клеток не в бластоцисту, а в другую ткань мыши. Известно, что при введении ЭСК в ткань образуется опухоль — тератома, поскольку ЭСК начинают быстро делиться, «полагая», что из них получится эмбрион. Но эмбрион не получается, потому что для него нужно соответствующее окружение, как в бластоцисте. Получается только скопление клеток в виде опухоли. Такая же тератома образовывалась и при введении модифицированных клеток.

Однако в экспериментах Яманаки и Ениша иногда получалась не только тератома, но и злокачественная опухоль. Ученые признали, что причиной мог быть протоонкоген, который был внедрен в числе четырех генов в фибробласт. Но в тех случаях, когда рак не развивался, индуцированные клетки вели себя точно так же, как эмбриональные стволовые.

В этом году очень похожие на ЭСК клетки получила группа ученых из Гарварда под руководством того же Джеймса Томсона, который первым выделил истинные человеческие ЭСК в 1998 году. Томсон также использовал генетически модифицированную конструкцию на основе ретровируса — включал два гена, как у Яманаки, и два других. Томсон делал опыты на человеческих клетках. Для проверки он проводил опыт с образованием тератомы. Тест на получение химерного человека, ясное дело, не ставился.

Подобная техника получения клеток, очень похожих на ЭСК, — важный шаг в развитии клеточных технологий. По поводу этого достижения одобрительно отозвался и Ватикан. Важно, что в этой технологии ученые не используют эмбрион, стало быть, не посягают на чью-то жизнь.

Предстоит еще долгая работа по исследованию полученных клеток, изучению механизмов работы внедренных в них генов. Пока стопроцентно не показано, что изменения в клетке произошли именно из-за этих генов, а не из-за встраивания ретровируса. Да и сам ретровирус ни к чему в клетках, которые теоретически должны стать трансплантатом. Как заметил известный специалист по клеточным технологиям Дуглас Мелтон из Гарварда, в будущем нужно попробовать обойти метод генной модификации,то есть найти такие химические вещества, которые будут воздействовать на геном клетки так, чтобы тот активировал гены, значимые для эмбриональных стволовых клеток. Ведь в опытах было показано, что в модифицированной клетке начинали работать собственные, молчавшие до этого гены.




Похожие записи:
  1. Частный бизнес уже сейчас вкладывает значительные средства в высшее образование. Но это не благотворительность: так работодатели пытаются снизить затраты на переучивание будущих сотрудников
  2. Ведущий научный сотрудник Института биохимической физики Российской академии наук Алексей Оловников считает, что старением организма заведует гравитационное поле Луны. Оно вызывает периодические «приливы» в эпифизе, которые оборачиваются гормональными выбросами, укорачивающими жизнь организма
  3. В изучении обоняния ученые делают лишь первые шаги. Но даже на фрагментарном знании этой самой древней и изощренной рецепторной системы можно делать новые продукты и зарабатывать деньги
  4. Новая программа NASA -- это создание новых челноков для освоения Луны и Марса, ремонт телескопа Хаббл и временный отказ от исследования дальних планет
  5. Европейские малобюджетные авиакомпании уже догнали традиционных перевозчиков по пассажиропотоку. Теперь они намерены догнать конкурентов по объемам получаемой прибыли
  6. Пакет финансовой помощи американскому среднему классу вряд ли поможет решить накопившиеся структурные проблемы экономики США
  7. В Украине зарождается национальная сеть бизнес-ангелов — компаний, которые финансируют рискованные инвестиционные проекты. Для динамичного развития им необходимы грамотное государственное стимулирование и взаимопонимание с отечественными инноваторами