О том, что показали новейшие исследования в области стволовых клеток, когда они спасут мир и почему в ряде стран до сих существует запрет на получение новых линий ЭСК.

Зимой этого года в Москву приезжал один из главных специалистов по стволовым клеткам — один из двадцати человек, под чьим контролем и с чьего одобрения проводится большинство самых серьезных исследований в области клеточных технологий. Мартин Пера — профессор и директор фонда Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток в Университете Южной Калифорнии. Он читал лекцию в Институте нейрохирургии имени академика Бурденко — в аудитории были в основном врачи, не знакомые с клеточными работами, поэтому лекция получилась достаточно популярной и в то же время давала основное представление о том, что же такое стволовые клетки и зачем вообще их исследуют. В этой статье я привожу первую часть лекции, она касается двух типов стволовых клеток — «взрослых» и эмбриональных.

Что такое стволовая клетка? Это примитивная неспециализированная клетка с двумя основными свойствами: самообновлением (способностью делиться много раз для получения большего количества стволовых клеток) и способностью дифференцироваться и специализироваться, чтобы дать начало взрослым, функциональным клеткам. Если совместить эти качества, получается, что стволовые клетки могут замещать мертвые или травмированные клетки больных тканей.

Исследования начала нулевых показали, что кровь может превратиться в мозг, а мышцы — в кровь.

Первый класс стволовых клеток — взрослые, или тканевые стволовые клетки. Их находят во взрослых тканях уже много лет. Это, например, клетки, которые позволяют коже и волосам обновляться каждый день. Первыми нашли гематопоэтические стволовые клетки, которые дают начало клеткам крови. В добавление к стволовым клеткам в обновляющихся популяциях, недавно были найдены клетки, которые ученые не ожидали обнаружить — например, нейрональные стволовые клетки. Мы привыкли думать, что мозг — это статический орган, но теперь мы знаем, что в его определенных областях тоже есть стволовые клетки.

Сейчас тканевые стволовые клетки уже используются в медицине. Например, клетки костного мозга и стволовые клетки пуповинной крови используются для лечения болезней крови и лейкемий.

В 1900-х годах известный гистолог, профессор Военно-медицинской академии Санкт-Петербурга Александр Максимов исследовал развитие клеток крови. Согласно его теории, делящиеся клетки как бы образуют ствол, от которого в каждом цикле вбок отходят веточки — клетки, приобретающие специализацию. Поэтому, излагая в 1909 году свое открытие, он назвал клетку-прародительницу всех клеток крови Stamzelle, то есть стволовой.

Тем не менее, есть ограничения для использования тканевых стволовых клеток. Во-первых, в большинстве тканей они представляют из себя маленькую популяцию — 1/1000. Но самое главное, у этих стволовых клеток урезанный «репертуар», они могут давать начало только строго определенным типам клеток. Во многих тканях стволовые клетки до сих пор не охарактеризованы: мы не знаем, есть ли популяции стволовых клеток в сердце, печени или поджелудочной железе. К тому же, эти клетки очень сложно поддерживать в искусственных условиях в лаборатории.

В последние годы было много разговоров о пластичности тканевых стволовых клеток. Раньше считалось, что эти клеткам предопределена определенная судьба, специфический путь дифференцировки, но исследования начала нулевых показали, что кровь может превратиться в мозг, а мышцы — в кровь. И появился естественный вопрос — могут ли взрослые стволовые клетки это все делать? Сейчас оказалось, что большинство из тех исследований очень сложно повторить, и нет доказательств того, что тканевые стволовые клетки могут действительно быть плюрипотентными, т.е. превращаться в любые клетки нашего тела.

Скептицизм относительно пластичности этих клеток опирается на биологические ограничения в потенциале развития разных клеток. Эти ограничения роста тканевых стволовых клеток заставляют расти кожу на порезанном пальце скорее, чем в случае мышц или поджелудочной железы, поддерживаются сильным молекулярным аппаратом и экспрессией генов и наследуются во многих циклах деления.

Кроме тканевых стволовых клеток есть еще другой тип: эмбриональные стволовые клетки, или ЭСК. Они получаются из очень раннего эмбриона до того как специализирующие ткани сформированы, у них есть две очень специфические особенности. Во-первых, они могут размножаться в лабораторных условиях на протяжении сотен и сотен поколений, продуцируя миллиарды клеток. Во-вторых, они при этом поддерживают способность развиваться в клетки любой ткани. Это свойство мы называем плюрипотентностью.

С этической стороны есть возражения по поводу этой работы, потому что это включает использование эмбрионов, однако на этой стадии эмбрион еще не представляет уникального индивидуума.

Сейчас прошло чуть более 12 лет с тех пор, как было проведено первое исследование эмбриональных СК человека, эти работы совершили революцию в клеточной биологии и медицине. ЭСК — хороший инструмент изучения клеточной биологии и болезней. Впервые у нас есть нормальные человеческие клетки, которые мы можем подвергать лабораторному изучению и использовать как более точную альтернативу животной модели разработки и тестирования лекарств. Эти клетки возможно дадут нам материал для заместительной терапии и трансплантологии.

При изучении ЭСК мы приходим к новому пониманию развития человеческого тела, точек возникновения проблем и путей их коррекции. Какие свойства у этих клеток: они получаются напрямую, быстро и с большой частотой из популяции эмбриональных клеток in vivo. Для мышей мы можем показать что эти клетки способны образовывать все ткани организма, включая половые клетки. За подобный эксперимент два года назад дали Нобелевскую премию по биологии и медицине.

Получение целой мыши из этих клеток — это самый строгий тест на плюрипотентность, и ЭСК его проходят. ЭСК человека обладют теми же свойствами, что и мышиные: они могут бесконечно расти и превращаться во все типы клеток. Если сложить два этих свойства станет понятен восторг ученых: ЭСК оказываются бессмертным источником клеток для использования в лаборатории или медицине.

Вот откуда происходят ЭСК: в процессе экстракорпорального оплодотворения врачи делают большее количество эмбрионов, чтобы убедиться в том что беременность будет успешной. Обычно случается, что эти эмбрионы замораживаются и через некоторое время отбрасываются. Ученые делают ЭСК из этих эмбрионов при согласии пациентов и используют их для получения новых линий ЭСК.

Примерно на 5 день развития формируется структура, называемая бластоцистой — это происходит до имплантации. Маленькая группа клеток внутри бластоцисты и дает начало всем тканям организма. Эти клетки мы выделяем и культивируем.

С этической стороны есть возражения по поводу этой работы, потому что это включает использование эмбрионов, однако на этой стадии эмбрион еще не представляет уникального индивидуума — например, близнецы могут формироваться на 14-й день. На 5-й день нет предшественников нервной системы, на этой стадии невозможно предугадать, точно ли разовьется эмбрион. Поэтому многие люди сходятся во мнении, что рационально использовать эти клетки для того, что может быть каким либо образом полезно.

Таким образом, ЭСК оказываются подвешенными в этом плюрипотентном состоянии. И если мы все будем делать правильно, то клетки будут поддерживать свои свойства в течении многих поколений. Например, в моей лаборатории растет линия клеток 12-летней давности, которая претерпела более 2 000 делений. И она все еще нормальна.

В моей лаборатории растет линия клеток 12-летней давности, которая претерпела более 2 000 делений. И она все еще нормальна.

Ученые продолжают делать новые линии ЭСК, к настоящему моменту зарегистрировано около 650 линий, из которых доступно около 250. Возможно, этого количества достаточно, чтобы в дальнейшем использовать их для терапии, но пока мы этого не знаем. Сейчас в США действует запрет Обамы на получение новых линий ЭСК, и даже использование существующих линий сейчас — вопрос конкуренции. Тем не менее, на мой взгляд, для современной науки важнее политика гибкого регулирования, чем запретов. И нам необходима возможность получать новые линии.

В следующей колонке — рассказ про третью группу стволовых клеток, которая изменила мир: искусственные стволовые клетки, которые, возможно, помогут нам наконец вырастить нашу собственную печень.