Их мало, но они всесильные

Схема терапевтического клонирования клеток человека.
Изображение в полный размер

Британским ученым впервые удалось воссоздать часть человеческого сердца на основе стволовой клетки, сообщает Би-би-си. В результате длительных экспериментов в одной из британских клиник они получили ткань, которая действует так же, как сердечный клапан. Ученые, участвовавшие в этой работе, считают, что целиком воссоздать человеческое сердце на основе стволовых клеток в ближайшие годы – задача вполне выполнимая. Еще каких-нибудь 10 лет назад эта новость рассматривалась бы как равнозначная сообщению о клонировании овечки Долли. Между тем экспериментальный и тем более мировоззренческий потенциал исследований самого феномена стволовых клеток только сейчас начинает по-настоящему осознаваться учеными. Об этом аспекте проблемы рассказывает академик РАМН, профессор, директор ФГУ «Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии» Министерства здравоохранения и социального развития РФ, руководитель отдела клинической иммунологии Геннадий Сухих.

– Геннадий Тихонович, первые сообщения об открытии этих удивительных биологических объектов – стволовых клеток (СК) появились еще в начале XX века: отечественный исследователь профессор Александр Максимов, крупнейший в мире гистолог, впервые использовал этот термин. Но все-таки для людей, не посвященных в тонкие нюансы клеточной биологии, понятие «стволовая клетка» превратилось сегодня просто в некий бренд, за которым стоит зачастую сугубо практическое применение в косметологии. Именно поэтому мне бы хотелось, чтобы мы c вами поговорили о фундаментальном аспекте самого феномена «стволовости». Можно сказать так: СК – это клетка, которая потенциально содержит в себе возможность развиться в клетки любых специализированных тканей и органов?

– В принципе да. Но при этом нужно подчеркнуть – и это очень существенно! – что эта клетка способна к самообновлению. По сути дела, стволовые клетки – это клетки, которые находятся в специальной нише. Назовем это «троном» (научное название этой ниши более банально – депо). И в этой нише есть некая свита других клеток, которые позволяют СК выполнять свои функции, обслуживают ее.

СК – это клетка, которая живет долго; ее уникальность заключается в том, что она дает асимметрическое деление (дочернюю клетку, которая несколько отличается от стволовых) и сама уходит вновь в стадию покоя. Очень часто эти клетки называют dormant cell – дремлющие клетки. Функции обновления этих клеток – асимметрическое деление и опять уход в стадию покоя – это очень важно.

Второе их отличительное качество – клоногенность. То есть стволовая клетка должна давать вновь большое число потомков.

Принципиальная особенность СК – свойство высокой пластичности. То, что называется плюрипотентность (или полипотентность): из стволовой клетки могут возникнуть клетки экзодермального, эндодермального и мезодермального происхождения.

– Итак, что же такое – стволовая клетка?

– Давайте введем ненаучный термин – «истинная стволовая клетка». То, что в англоязычной литературе называется эмбриональной стволовой клеткой, ЭМСК. Это только 3–4 десятка клеток из всей внутренней клеточной массы плода на пятый-седьмой день развития. Вот из этих 30–40 клеток через девять месяцев будем созданы все мы. (А другая часть клеток – это будет плацента.) ЭМСК хорошо различимы в микроскоп: это такой бугорок на общем клеточном шаре. Эти клетки при помощи микрохирургических или каких-то иных манипуляций можно взять и размножить.

Так вот, только эти клетки, строго говоря, мы можем назвать эмбриональными стволовыми, ЭМСК. Им присущи в чистом, так сказать, виде все три перечисленных выше качества: и клоногенность, и самоподдержание, и плюрипотентность. Последнее в данном случае означает, что из них потенциально можно получить десятки типов клеток!

На эмбриональные стволовые клетки возлагались колоссальные надежды ученых. До сих пор крупные фармакологические компании миллиарды долларов тратят на работы, связанные с решением проблемы управляемой дифференцировки – что добавить к культуре ЭМСК, чтобы из них получились клетки только нервной системы, клетки печени, клетки поджелудочной железы┘ Изучение этих клеток дало колоссальный прогресс в эмбриологии, в клеточной биологии, для понимания феноменов развития. И тем не менее складывается впечатление, что повторить то, что оттачивалось миллионами лет природой, пока не представляется возможным.

– А, собственно, чем определяется такое исключительное положение этих ЭМСК?

– Эти клетки не прошли так называемый процесс гаструляции. Он случится позже – между второй и третьей неделями развития плода. Гаструляция – это когда нарастающая клеточная масса разделяется условно на три листка: эктодерма (наружный листок), эндодерма (внутренний листок) и промежуточный листок – мезодерма. Из экто – возникнет кожа, центральная нервная система; из эндо – выстилка легких, печени, кишечника, панкреаса; а из мезо – сердце, сосуды и соединительные ткани.

Для наглядности я бы предложил представить это таким образом. Если эмбриональные стволовые клетки – это беспомощные новорожденные, среди которых мы еще не можем знать, кто Эйнштейн, а кто Галина Уланова – они все на одно лицо, то в случае клеток, взятых после гаструляции, мы понимаем: взятые отсюда – это будет великий физик, а отсюда – спортсмен.

Этот разрыв в неделю или две и пытаются повторить в «пробирке». Но там такой сложности процессы, такие скорости экспрессирующихся каждую минуту сотен генов, такое сложнейшее движение клеточных пластов, что скорее всего повторить безошибочно этот процесс в лабораторных условиях будет невозможно.

– Но, насколько я понимаю, в последние годы выявлено несколько источников стволовых клеток в организме человека: нейрональная ткань, кишечник, клетки костного мозга, кровь. Общие их видовые свойства вы перечислили. А в чем между всеми этими видами СК различия?

– Принципиальные различия, конечно, есть. Чтобы для читателей было более понятно, назовем эти СК региональными стволовыми клетками. Часто используется и другое определение – постнатальные, то есть клетки, которые были получены из взрослого уже организма.

Если сказать просто, что такое региональная стволовая клетка, то это клетка, которая по иерархии стоит чуть-чуть ниже истинной стволовой клетки. Только потому, что она вступила в какую-то дифференцировку. Формально, это уже не СК, это клетка – предшественник какой-то специализированной клетки. На этом этапе она называется progenitor cell, прогениторная клетка: она уже не стволовая, но ей еще нужно пройти целый ряд этапов, чтобы она стала специализированной; чтобы она выполняла функции клетки печени, клетки мозга, костной ткани.

Если взять пласт всех мировых научных работ, особенно по применению СК в клинике, то более 90% занимают работы, связанные с изучением СК костного мозга; на втором месте – клетки, мобилизованные из костного мозга. Эти технологии широко применяются в гематологии, в онкогематологии в частности: при помощи специальных лекарств, ростовых факторов, можно вывести стволовые клетки из депо в кровь и затем с помощью специальных клеточных сепараторов их собрать. То есть это процедура, которая не требует пункции костного мозга. Но, по сути, эти клетки будут близки к клеткам костного мозга.

Есть клетки, получаемые из жировой ткани, – мезенхимальные СК (то есть стволовые клетки зародышевой соединительной ткани). Это достаточно новая технология. Наш центр одним из первых в России начал получать подобные клетки. И это чрезвычайно интересный ресурс. Путем очень небольшой пункции в области пупка (или во время какой-то пластической операции) мы забираем пять миллилитров жировой ткани; и спустя 6–8 недель можно вырастить первые сто миллионов этих клеток. Все эти клетки – аутологичные, взятые у пациента. Нет никакой нужды делать типирование, то есть проводить процедуру подбора на совместимость. В данном случае пациент выступает сам как ресурс стволовых клеток.

Мало того, СК, как эритроциты крови, обладают некоторым фактором совместимости. Если взять европеоидную расу, то стволовые клетки одного человека могут «покрывать» от 7 до 12% европейского населения. То есть обладатель такой линии стволовых клеток совместим с несколькими десятками миллионами людей. Нам остается только добиться их дифференцировки в определенном направлении. Если мы добьемся, например, дифференцировки этих СК в клетки печени, то для десятков миллионов людей запасной материал готов.

– Это все – позитив. А в чем трудности?

– Плохо то, что на территории костного мозга только три процента клеток могут относиться к мезенхимальным СК. Одна из 50 миллионов таких клеток будет той реальной СК, которую можно будет размножить в пробирке и которая в дальнейшем может дать дифференцированную клетку с какой-то определенной функцией. Но главное не в этом.

Даже выделив и нарастив эти СК, мы можем их превратить лишь в очень немногие типы клеток. Например, стволовые клетки костного мозга и мезенхимальные СК можно дифференцировать в пробирке в клетки, которые будут восстанавливать кость или хрящ – остебласт; они могут превратиться в клетку жира или в клетку, восстанавливающую сухожилие. И с огромным трудом – в клетку мышечной ткани (миобласт).

Вообще вот эта часть работы – дифференцировка, она сейчас очень спорная. Но то, что пластичность региональных стволовых клеток узкая – 97% клеток созданы для гемопоэза (производства клеток крови), для восстановления различных участков мозга, – это достаточно мощное ограничение. Хотя наука развивается, но┘

– И все-таки, кажется, что стволовые клетки по самой своей сущности изначально приспособлены для использования в процессах репродукции, решения вопроса повышения репродуктивного здоровья нации┘

– Да, вы правы. Скажем, существует такая проблема. Ряд женщин очень рано уходят в менопаузу. У нас в центре сейчас есть несколько пациенток, которые абсолютно бесплодны с точки зрения традиционной медицины, у них просто нет яйцеклеток. Так вот, стволовыми клетками мы можем их довести до такого состояния, когда можно будет взять у них яйцеклетку, оплодотворить в пробирке и затем вернуть эмбрион в матку и, таким образом, дать им возможность нормально доносить ребенка и родить. Раньше этой возможности не было – не было яйцеклеток.

Или вот еще одно интересное направление. У молодой женщины – рак молочной железы, она готовится к курсу химиотерапии. У нее забирается кусочек яичника. Затем мы «разгоняем», по сути дела, стволовые клетки эпителия и подвергаем их криоконсервации. А потом, после лучевой или химиотерапии, пытаемся реконструировать яичник. Жутко интересно! Такой постановки вопроса еще не было.

И уж совсем фантастика. Классика терапевтического клонирования сегодня выглядит так: яйцеклетка и ядро соматической клетки совмещаются, затем дается толчок к последующим стадиям деления клетки. Но сейчас мы разрабатываем методику замены супердефицитного материала – яйцеклетки – на другой тип клетки.

Так что действительно тематика, которой занимаются ученые нашего центра, имеет прямое отношение как к репродукции, так и, конечно, к стволовым клеткам.