© [Iain Farrell](http://www.flickr.com/photos/iain/2767756060/in/photostream/) ###Вторая часть [лекции Мартина Пера](http://theoryandpractice.ru/posts/1680-kletochnaya-fabrika-kak-blastotsista-izmenila-mir) посвящена тому, что всем нам интереснее всего: клонированию, шансам вылечить болезнь Паркинсона и возможности создать искусственную печень.
Прежде чем поговорить о третьем типе стволовых клеток, обсудим клонирование. Репродуктивное клонирование — получение точной копии существующего индивидуума. Много видов уже клонировано. Когда появилась овечка Долли, возник вопрос: можем ли мы использовать технологию клонирования, чтобы избавиться от иммунного ответа при использовании эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) для трансплантологии? Например, любая ЭСК-линия из моей лабы будет генетически отлична от вас, и ваша иммунная система их распознает, если я захочу лечить вас ее производными клетками. Идея заключалась в том, чтобы вместо стволовой линии, генетически отличной от пациента, взять его собственный генетический материал и разместить его в яйцеклетке. При «оплодотворении» она начнет делиться — но вместо того, чтобы делать человеческого клона, на 5-й день развития мы выделим эмбриональные стволовые клетки из этого клонированного эмбриона. Эти ЭСК можно дифференцировать для использования в трансплантологии как материал, генетически идентичный пациенту. Вроде как хорошая идея, но она так и не заработала, потому что очень сложно получить достаточно человеческих яйцеклеток, чтобы осуществить этот процесс (к тому же, это рискованно и неэффективно).
Представьте себе инфаркт, представьте этот рубец и представьте, что мы можем репрограммировать клетки, которые формируют рубец, для того, чтобы они превратились в мышечные клетки сердца.

Таким образом, подобное исследование не было проведено — до появления клеток с индуцированной плюрипотентностью (iPS-клеток), которые были получены 6 лет назад в Японии. Исследователь по имени Шинья Яманака придумал способ, как это сделать просто и быстро. Он исходил из того, что можно, обходя клонирование, взять клетки взрослого пациента, сделать культуру фибробластов кожи и доставить в эти клетки очень маленький сет генов, которые должны быть важны для раннего развития и поддержания ЭСК. Они начинают трасформацию клеток кожи в клетки, которые очень похожи на ЭСК, поэтому называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. Так же, как и ЭСК, они могут превращаться в клетки любой ткани организма. Таким образом, это очень очень важное открытие. Это то, что я могу научить каждого из вас делать у себя в лаборатории, простая процедура культивирования клеток и генетических манипуляций. Но что это значит?

Репрограммирование с встраиванием факторов в геном и без встраивания:

Это значит, что мы можем из каждого из вас делать генетически идентичные вам iPS-клетки. Уже показано, что они могут служить функциональной и животной моделью различных заболеваний, например крысы с Паркинсоном. У iPS огромный потенциал — тем не менее, мы не можем разрабатывать специфическую терапию для каждого человека, потому что это сложно и пока что не очень безопасно. Во-вторых, это позволяет нам делать in vitro модели болезней со сложной генетической природой.

Получается, что мы можем найти очень много применений этой технологии. Представьте себе инфаркт, представьте этот рубец и представьте, что мы можем репрограммировать клетки, которые формируют рубец, для того, чтобы они превратились в мышечные клетки сердца — это будет фантастическая история, люди уже начали работать над этим сценарием.

Тем не менее, с этими iPS-клетками есть много проблем. Для того чтобы их сделать, нужно провести генетические модификации, что увеличивает риски. Мы не уверены, что они идентичны ЭСК. Из-за этих сомнений, мы сейчас проводим исследования ЭСК и iPS параллельно. Важная мысль для терапии о стволовых клетках — это то, во что мы можем их превратить. Так что давайте поговорим о дифференцировках — способности клеток к различным путям развития.

Самый простой способ наблюдать такие дифференцировки — инъецировать человеческие стволовые клетки иммунодефицитной мыши. В результате вырастет тератома (опухоль, растущая из клеток эмбриона), которая будет содержать множество типов взрослых клеток человека, включая мышцы, нейрональные клетки, клетки кожи. И это доказывает, что ЭСК могут превращаться во все разнообразные типы клеток нашего организма. Также мы можем заставлять клетки спонтанно дифференцироваться на культуральной чашке Петри — и вот появится микс из разных тканей, а вызов заключается в том, чтобы получить с большим выходом популяцию клеток нужного типа.

Многолетнее изучение развития эмбрионов млекопитающих дает нам ключ к тому, как мы можем контролировать дифференцировку ЭСК. Из биологии развития мы знаем, что все развитие организма контролируется всего семью сигнальными путями, а дифференцировка ЭСК повторяет путь эмбриогнеза. Мы можем использовать это для того, чтобы «научить» стволовые клетки выбирать специфический путь развития. Мы начинаем с ранних эмбриональных клеток, и проходим через ряд решений, которые переключают нас на тип специализированных клеток. Вот пример такого процесса — спонтанно образующаяся колония бьющихся клеток сердечной мышцы, у нее много общего с сердечной мышцей эмбриона.

Проблема в том, как мы можем контролировать этот процесс. Сейчас мы знаем уже много о том, как развивается сердце. Мы знаем, какие специфические транскрипционные факторы контролируют важные решения, и мы знаем маркеры на клеточной поверхности, которые появляются в течении всего развития. Поэтому мы можем проследить, что происходит с нашими клетками, и получить чистые культуры взрослых клеток определенного типа.

Несколько лет назад в Швеции было проведено исследование по имплантации стволовых клеток, которые могли бы заменить потерянные в результате болезни нейроны. Но через 16 лет у пациентов все равно наблюдался Паркинсон.

Другой тип клеток, который мы можем получить из ЭСК, — олигодендроциты, тип нейронов. И интерес здесь состоит в том, что мы можем восстановить поврежденный спинной мозг с помощью таких клеток. Одна группа уже занимается 1-й фазой клинических испытаний этой процедуры в Калифорнии. Другая группа, тоже из Калифорнии, за много лет упорной работы научилась получать клетки поджелудочной железы из ЭСК, эти клетки функциональны, они могут вырабатывать инсулин, но они не полностью «взрослые». Таким образом, настоящий вопрос — как сделать полностью функциональные, полностью «взрослые» клетки сердца, печени и других типов клеток организма?

Тем не менее, есть примеры успешного лечения болезней с помощью человеческих плюрипотентных стволовых клеток на животных моделях. Это впечатляет, но животные модели — они все-таки искусственные, они не полностью отражают человеческие состояния, которые могут развиваться через несколько лет и приводить к патологиям. Поэтому это вдохновляет, но ученым еще есть куда развиваться.

Чтобы дать вам пример того, что происходит в нашем университете, мы разрабатываем подход к лечению дистрофии желтого пятна (главная причина возрастной слепоты) с помощью стволовых клеток. Во время этой болезни по причинам, которые до конца не выяснены, мы начинаем терять функцию фоторецепторов. [Мы научились](http://theoryandpractice.ru/posts/783-nachalis-pervye-klinicheskie-testy-po-primeneniyu-stvolovykh-kletok-komu-eto-nado-i-zachem) направлять процесс развития ЭСК в сторону полностью зрелых и функциональных клеток пигментного эпителия и делать это эффективно. Это многообещающая цель для клеточной терапии. Почему? Потому что нам нужно заменить действительно маленькое количество ткани, нам не нужно много клеток, чтобы сделать эту работу. Потому что глаз — очень доступный объект, мы можем видеть, что происходит, и если что-то пойдет не так, получить легкий доступ чтобы что-то скорректировать. Также мы можем локализировать иммуносупрессию. В общем, это хорошая цель, и в течении следующих нескольких лет будут проходить клинические тесты работы этой системы.
**[Мартин Пера](http://keck.usc.edu/en/Research/Research_Institutes/Eli_and_Edythe_Broad_Center_for_Regenerative_Medicine_and_Stem_Cell_Research_at_USC/About_Us/About_Dr_Martin_Pera.aspx)** — профессор и директор фонда Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток в Университете Южной Калифорнии. Пера был среди небольшого числа исследователей, которые впервые выделели и описали плюрипотентные стволовые клетки из человеческих эмбрионов. Является автором около 100 научных публикаций, 14 выданных патентов и опубликованных патентных заявок.
Есть еще несколько приложений, на которых я бы коротко хотел остановиться. Первое касается болезни Паркинсона. Несколько лет назад в Швеции было проведено исследование по имплантации стволовых клеток, чтобы заменить потерянные нейроны. Но через 16 лет у пациентов все равно наблюдался Паркинсон. Это важное исследование, которое показывает, что если мы помещаем стволовые клетки внутрь, они не обязательно должны нивелировать патологию. Нужен мультидисциплинарный подход, чтобы решить эти вопросы. Второй фактор риска — это генетическая и эпигенетическая нестабильность линий стволовых клеток. Когда мы культивируем стволовые клетки в течении многих поколений в лаборатории, все идет хорошо — но уже сейчас становится понятно, что в клетках все равно могут быть генетические изменения, и эти изменения очень похожи на те, которые мы видим в случае раковых опухолей. Это происходит потому, что такие измененные клетки имеют преимущество в росте или выживании, и могут таким образом «победить» остальные клетки в культуре. И, учитывая, что мы внедряем в пациента миллиарды клеток, должны быть очень серьезные критерии безопасности для этого. Мы волнуемся, что не только ЭСК, но и дифференцированные производные могут образовывать опухоли. Поэтому мы должны четко понимать науку такого опухолевого перехода. Доставка клеток — это другой вопрос. Если мы говорим, про гематопоэтические СК, мы просто инъецируем их в кровь. Но если мы говорим про ткани сердца, как мы интегриуем их, электрически и физически, в поврежденное сердце? Это намного более сложная проблема.
Когда мы культивируем стволовые клетки в лаборатории, все идет хорошо — но уже сейчас становится понятно, что в них могут быть генетические изменения, которые очень похожи на те, которые мы видим в случае раковых опухолей.

Проблема отторжения тканей тоже очень острая, есть несколько способов ее обойти (например, iPS-клетки), но она все еще занимает серьезные позиции. Наконец, во многих клинических исследованиях стволовых клеток мы так и не понимаем, что действительно происходит. Стволовые клетки заменяют поврежденные клетки, или они выделяют факторы, которые защищают нормальную ткань или стимулируют ее заживание? А когда мы не знаем, как что-то работает, очень сложно улучшить это.

Поэтому есть очень много вопросов, которые нужно решить до того, как говорить о трансплантациях тканей, полученных из ЭСК, но перспективы у этих исследований очень велики.