Есть ли у стволовых клеток клиническая перспектива?

Многие заболевания сопровождаются гибелью клеток, которые организм не может естественным путем заменить. Иногда клетки погибают внезапно, как, например, при инфаркте миокарда. В других случаях данный процесс происходит медленно и неотвратимо, например, при болезни Альцгеймера. Наибольшая клиническая перспектива стволовых клеток (являющихся эквивалентом восстановительной энергии для организма) — это то, что их можно сделать специализированными, т. е. они станут заменой клеткам организма, утраченным вследствие заболевания.

Однако довольно непростые препятствия с научной точки зрения, этические аспекты и даже вмешательство политиков замедлили прогресс в данной сфере более чем на десять лет. Тем не менее, на протяжении последних двух лет произошел заметный сдвиг в этой области благодаря ряду выдающихся открытий: неожиданно появилась возможность создавать клетки, обладающие потенциалом эмбриональных стволовых клеток, не используя для этого эмбрионы. Это дало возможность устранить большинство этических проблем, касавшихся исследований в сфере стволовых клеток.

Эмбриональные стволовые клетки характеризуются двумя экстраординарными свойствами, делающими их потенциально полезными для практического использования в медицине. Во-первых, они являются “полипотентными”, то есть способными превращаться в любой тип специализированных клеток организма: клетки миокарда, перекачивающего кровь, кислотопродуцирующие клетки слизистой желудка, светочувствительные клетки сетчатки глаза или клетки мозга, сохраняющие информацию. Во-вторых, эмбриональные стволовые клетки обладают способностью непрерывно делиться и создавать неограниченные копии себе подобных клеток — это важнейшее свойство, поскольку для замены клеток, утраченных в результате заболевания, появляется необходимость в огромном количестве новых.

Ученые также исследовали стволовые клетки взрослых людей. При таких исследованиях не возникают этические вопросы, как в случае с эмбриональными стволовыми клетками, поскольку не используются человеческие эмбрионы. Костный мозг и такие органы, как сердце и печень, содержат зрелые стволовые клетки. Данные клетки могут дифференцироваться в большинство клеток того органа, в котором они находятся. Зрелые стволовые клетки замещают погибшие специализированные клетки, поскольку большинство специализированных клеток не способны к естественной репродукции. Однако взрослые стволовые клетки в большинстве органов не могут обеспечить полную замену клеток в случае массивного повреждения при ряде заболеваний, хотя ученые работают над тем, чтобы это изменить. Также следует отметить, что взрослые стволовые клетки не являются полипотентными: в отличие от эмбриональных стволовых клеток, они не способны превратиться в любую клетку организма.

Уникальные свойства эмбриональных стволовых клеток сложно использовать в медицинских целях. В идеале пациент, которому для лечения необходимы стволовые клетки, должен был бы получить свои собственные, генетически идентичные стволовые клетки, поскольку в таком случае они не будут подвергаться атаке иммунной системой пациента, как чужеродные. Однако эмбриональные стволовые клетки существуют лишь короткий промежуток времени, а именно на протяжении первых двух недель после зачатия. Кроме того, стволовые клетки из эмбрионов, использующиеся для программ оплодотворения in vitro, будут генетически отличаться от клеток пациента, что повышает риск отторжения иммунной системой, а поэтому для подавления иммунной реакции потребуются потенциально токсичные методы лечения.

Использование эмбриональных стволовых клеток также сопряжено с этическими вопросами, поскольку некоторые люди считают, что эмбрион, который потенциально можно имплантировать для того, чтобы он развился в плод, обладает моральным статусом человека и поэтому его нельзя уничтожать, независимо от того, насколько большую пользу это могло бы кому-то принести. В 2001 году президент США Д. Буш ограничил федеральное финансирование для существовавших в то время линий эмбриональных стволовых клеток, то есть правительственные деньги не разрешалось тратить на исследования, в которых подразумевалась деструкция эмбрионов. Однако новоизбранный президент США Обама заявил, что он изменит данную политику правительства в сфере исследований.

Возможным решением, позволяющим преодолеть такие сложные преграды, стало предложение группы японских исследователей. Они задали простой, хотя и нестандартный вопрос: можно ли вернуть специализированные клетки назад в эмбриональные стволовые клетки или хотя бы в клетки с теми исключительными свойствами, которыми обладают эмбриональные стволовые клетки? В каждой клетке имеются гены, предопределяющие строение и функции каждой конкретной клетки. Хотя все человеческие специализированные клетки, как и эмбриональные стволовые клетки, имеют абсолютно одинаковый набор генов, в каждом типе клеток “включены” разные гены. Другими словами, эмбриональные стволовые клетки превращаются в специализированные клетки потому, что определенные гены “включаются”, тогда как другие “выключаются”.

В 2006 году команда исследователей Университета Киото, возглавляемая Shinya Yamanaka, использовала мощную и относительно новую технологию, позволявшую определить, какие именно гены “включены” и какие “выключены” в конкретном типе клеток. Используя данную технологию для исследований эмбриональных стволовых клеток и специализированных клеток, команда Яманаки идентифицировала несколько генов у мышей, которые всегда были “включены” в эмбриональных стволовых клетках, однако не в специализированных клетках. Затем в конце 2007 года группа Яманаки вместе с группой американских ученых, возглавляемой James Thomson из Университета Висконсин и George Daley из Гарварда, засвидетельствовали, что “включение” четырех генов в клетках кожи человека приводило к реверсии данных клеток в клетки, напоминавшие эмбриональные стволовые клетки. Они назвали эти новые клетки индуцированными полипотентными стволовыми клетками (иПСК). Подобно эмбриональным стволовым клеткам, иПСК обладали способностью к трансформации в любой тип специализированных клеток, а также к саморепродукции до бесконечного количества копий.

Таким образом, уже стало теоретически возможным создать для кого-либо свои собственные стволовые клетки, являющиеся генетически идентичными и обладающие всеми потенциальными возможностями собственных, давно утраченных эмбриональных стволовых клеток. Кроме того, взрослые клетки для трансформации в иПСК можно легко получить путем биопсии кожи или из других поверхностных тканей. И, что очень важно, иПСК можно генерировать, избегая создания и разрушения эмбрионов, что позволяет обойти моральные преграды на пути к использованию эмбриональных стволовых клеток.

Однако следует отметить, что, несмотря на важность такого прорыва в данной области, терапия с использованием иПСК все еще не является перспективой ближайшего будущего. Еще необходимо найти ответ на важные вопросы и разработать новые технологии. Способность клеток превратиться в любой тип клеток в лабораторных условиях еще не гарантирует, что при помощи таких клеток можно будет успешно лечить болезни животного или человека в эксперименте. Однако Rudolf Jaenisch засвидетельствовал, что благодаря иПСК довольно успешно лечится серповидно-клеточная анемия у мышей и болезнь Паркинсона у крыс. Однако методы лечения, эффективные у грызунов, не всегда работают у людей, тем не менее, часто они все же действуют.

Также следует отметить, что два из четырех генов, изначально использовавшихся для создания иПСК, являются онкогенами, способными превратить иПСК в злокачественные клетки. Кроме того, для перенесения данных четырех генов в специализированные клетки использовался ретровирус, что также сопряжено с риском превращения иПСК в злокачественные клетки. Однако в конце 2008 года ученые сообщили, что иПСК можно создавать без использования как онкогенов, так и ретровирусов. В 2009 году многие лаборатории будут работать над модификацией существующих технологий создания иПСК, чтобы сделать их как безопаснее, так и эффективнее.

Еще одна потенциальная проблема: каким образом иПСК, созданные в лабораторных условиях, надежно перенести в больной орган, расположенный внутри тела? И если удастся их туда перенести, смогут ли они гармонично “сработаться” со здоровыми клетками этого органа? Данные вопросы важны и на них еще нет ответа. Один из фактов, о котором ученые узнали благодаря применению трансплантации костного мозга (тип терапии стволовыми клетками, широко применяющийся уже 30 лет), это то, что клетки, введенные в кровяное русло, находят путь к соответствующему месту в организме и, попав туда, могут отвечать на сигналы собственных клеток организма, окружающих их, начиная работать в гармонии с ними. Однако для определенных органов не все так просто. Например, сердце. Допустим, что вследствие инфаркта миокарда погибли миллионы миокардиальных клеток. После этого в кровоток пациента вводятся миллионы созданных иПСК. Найдут ли они путь к сердцу? А если даже найдут, то займут ли правильное положение и будут ли в перспективе сокращаться в унисон с непострадавшими здоровыми кардиомиоцитами? Если нет, то не приведет ли это к аритмии? Если же данные клетки, помимо сердца, попадут в другой орган, не нанесет ли это вред? Единственный путь найти ответ на перечисленные вопросы — это путь проб и ошибок, сначала у животных, а затем у людей.

Кроме лечения, иПСК могут также помочь узнать причины заболеваний. Несколько исследовательских групп из Гарварда создали иПСК на основе тканей пациентов с различными генетическими заболеваниями, включая болезнь Паркинсона, болезнь Гантингтона и диабет 1 типа. Поскольку иПСК могут репродуцироваться бесконечно, это позволяет создавать и изучать клетки с генетическими дефектами, обусловливающими заболевания.

Исследователи также задались вопросом, появится ли возможность превратить один тип специализированных зрелых клеток в другой без создания иПСК. Это считалась маловероятным до августа 2008 года, когда команда ученых из Гарварда под руководством Douglas Melton трансформировала панкреатические клетки, не продуцирующие инсулин, в инсулин-продуцирующие клетки внутри живой мыши, что позволило лечить у данной мыши диабет.

По материалам зарубежных изданий подготовил

Владимир Павлюк