Ювенильное сердце

В России – по известным причинам – две беды со здоровьем мужского населения: цирроз печени и инфаркт миокарда. Именно по этим причинам подавляющая часть этого самого населения не доживает до пенсионного возраста. Но похоже, что в скором времени по крайней мере с этими бедами богатые, заплатив немалые деньги, смогут справиться.

Речь идет о новейших достижениях в области «манипулирования» стволовыми клетками, за изучение которых в этом году британскому ученому Мартину Эвансу и двум его американским коллегам Марио Капекки и Оливеру Смитису присуждена Нобелевская премия по медицине и физиологии. Надо заметить, что признания нобелевских комитетов прежде всего добиваются коммерчески осуществленные научные проекты.

Дети гемопоэза

Итак, прежде всего – что такое стволовая клетка. Сам термин, который поначалу был просто жаргоном, придумал в середине 20-х годов прошлого века наш соотечественник Александр Максимов, работавший в Чикаго, куда военный врач попал после революции. Максимов еще ничего не знал о лучевой болезни, но активно изучал рак крови и костный мозг, являющийся тем местом, где до самых последних дней жизни организма образуются кровяные клетки. Он видел, как после кровопотери в костном мозге животных начинают активно делиться особые клетки, потомство которых затем уходит в кровь. Процесс ее, крови, образования называется по-гречески гемопоэз.

Гемопоэтические стволовые клетки были первыми, которые удалось выделить и охарактеризовать ученым в конце прошлого века. Затем к ним прибавились эмбриональные, выделяемые из развивающихся зародышей, нервные, обнаруживаемые в особых участках мозга, а также различных других органов и тканей. Уже в 2002 году было сделано сенсационное заявление о том, что из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга удалось получить кардиомиоциты, то есть способные к сокращению клетки сердечной мышцы. К сожалению, это громкое заявление оказалось ложным и в других лабораториях мира подтверждения не получило.

Во многом это даже подорвало интерес и доверие к ученым, тем более что ушлые дельцы от модного направления стали нещадно эксплуатировать неведение людей в столь деликатной сфере. Ничтоже сумняшеся некоторые «специалисты» заявляют, например, что «ученые берут яйцеклетку животного, например свиньи, оставляя питательную среду клетки, которая идентична среде клетки человека»! А далее «на место ядра помещают стволовую клетку взрослого человека. В итоге получается собственная эмбриональная гибридная стволовая клетка человека».

Спрашивается, а зачем все эти сложности, если ученые уже имеют стволовую клетку человека?

На самом деле все сложнее. Да, действительно из яйцеклетки удаляют ее ядро, то есть проводят «экз-нуклеацию», после чего остается ее цитом, или «пустая» цитоплазма бывшей яйцеклетки. Процесс можно сравнить с тем, как из коробки вынимают новую пару обуви, закладывая в нее ту, что будет храниться в ожидании подходящего сезона.

Ядро человеческой клетки согласно биологическим «запретам» нельзя пересадить в цитом свиной или какой-либо другой, кроме человеческой же! Главное препятствие – реакция отторжения. Чтобы преодолеть этот иммунный барьер, ученым приходится идти на многочисленные сложные и дорогостоящие ухищрения, о которых речь чуть впереди.

Деление: во зло и во благо

Стволовые клетки можно сравнить с малыми несмышлеными детьми, обладающими большим потенциалом. Тем не менее нормальному человеку в голову не придет использовать детский труд для восстановления чего-то порушенного. Достоинством стволовых клеток, в том числе и эмбриональных, является их почти что неограниченный потенциал к делению и плюрипотентность, то есть способность давать многие типы тканей и клеток (сравни: плюрализм – многообразие мнений и суждений).

Однако использовать этот несомненный потенциал стволовых клеток оказалось не так-то просто. Первая сложность заключается в том, что они довольно быстро погибают в культуре. Дело в том, что способность к многократным делениям чревата превращением нормальных клеток в злокачественные, то есть в раковые.

Для того чтобы этого не происходило, в клеточном геноме имеются многочисленные «тормоза», которые либо «арестуют»-останавливают деление, либо стимулируют апоптоз (запрограммированную смерть клетки). Вот почему ученым всего мира пришлось потратить долгие годы, чтобы научиться поддерживать деление стволовых клеток для получения достаточной их массы.

Однако все то, что хорошо ин витро, то есть в пробирке, не совсем подходит, когда речь заходит об использовании животных моделей (еще раз подчеркнем, что в культуре нормальные – не раковые – клетки очень быстро гибнут). Несколько лет ученые потратили и на то, чтобы получить тех же мышей и крыс, у которых отключены гены иммунной защиты, или попросту отторжения (генетически модифицированные мыши с иммунодефицитом).

И вот в конце прошлого года все необходимые составляющие сложнейшей биомозаики сложились в единую картину, что позволило разработать технологию управляемого манипулирования стволовыми клетками. При этом высокотехнологический продукт стал коммерчески привлекательным, что и перевесило в Стокгольме чашу весов в пользу нынешних лауреатов самой престижной в мире научной премии.

Две трети мужчин в мире генетически обречены на облысение, что не придает им оптимизма. Но даже у лысых в тех же фолликулах, или волосяных мешочках, мирно спят стволовые клетки, которые при соответствующей стимуляции способны восстановить рост волос. Еще полвека назад журнал Journal of Dermatology сообщал о возможности формирования новых волосяных фолликулов. Но только сегодня это стало реально возможно в эксперименте на мышах.

Значительно большего прогресса удалось достичь на ниве стимулирования стволовых клеток мужских семенников (тестикулов), вырабатывающих знаменитый тестостерон, синтетические аналоги которого используются в качестве допинга. Известно, что у мужского населения в развитых странах за последние полвека количество спермиев (сперматозоидов), вырабатываемых тестикулами, сократилось вдвое!

Поэтому такое большое значение приобрела задача увеличения «производства» спермиев, решение которой видят в использовании стволовых клеток тестикулов. По крайней мере у мышей с химически выключенным спермогенезом подсадка указанных стволовых клеток через два-три месяца приводит к восстановлению функции мужских семенников.

Однако гораздо важнее то, что и стволовые клетки взрослого организма также являются плюрипотентными, то есть способными давать клетки разных органов и тканей. Речь прежде всего идет о сосудах для восстановления кровообращения – реваскуляризации, – например, в мозге человека, перенесшего ишемический («обескровливающий») инсульт.

Мыши-инкубаторы

Но все перечисленные разработки просто меркнут на фоне эпохальных «технологических» достижений, связанных с печеночными клетками гепатоцитами и кардиомиоцитами – клетками сердечной мышцы. Речь идет о создании технологии «наращивания» клеточной массы в организме животных. Для этого были созданы уникальные генетически модифицированные мыши с отключенным иммунным ответом – иммунодефицитом, – у которых нет... отторжения!

Исходные клетки печени брали из биопсий людей в возрасте от 1 до 64 лет, то есть вполне взрослые, явно не эмбриональные. Затем биопсии пересылали на самолетах из Питсбурга в Портленд, где гепатоциты подсаживали иммунодефицитным мышам. Репопуляция, то есть заселение клетками человеческой печени, происходила через два-три месяца. Подсчет показывает, что масса человеческих клеток в организме мыши увеличилась в 500 миллионов раз!

Таким образом, мышь использовали как самый настоящий инкубатор стволовых клеток человека. Ученые признают, что пока еще остается довольно много проблем, которые необходимо решить, прежде чем начинать клинические испытания восстановления пораженной печени. Но главное, что они находятся на верном пути и сумели снять два запрета – на деление нормальных стволовых клеток и на «инкубацию» клеток человека в организме животного, с которым наши предки разошлись более 80 миллионов лет назад┘

Не менее впечатляет и успешная наработка достаточной массы клеток сердечной мышцы человека. Развитие, или дифференцировку, человеческих эмбриональных стволовых клеток в кардиомиоциты направляли с помощью таких протеинов, как активин и ВМР (Воne Morphogen Protein – белок образования кости). ВМР был открыт при изучении формирования костей, откуда и его название.

Для предупреждения гибели стволовых клеток в их питательную среду добавляли «гаситель» запрограммированной смерти Всl, выделенный поначалу у больных с одной из форм лейкемии (В-сеll leukemia), а также инсулиноподобный фактор роста IGF – Insulin-like Growth Factor). Все эти подробности показывают, насколько трудно дается ученым каждый шажок в изучении стволовых клеток.

А затем исследователи добавляли «молотовский коктейль» из разных ферментов и протеинов, который подавлял «сигналы смерти», приходящие от окружающих клеток, в частности яд кобры (!), разрушающий комплемент крови, представляющий белок «первой линии» иммунной защиты организма. С него начинается реакция иммунного отторжения. Тем самым удалось преодолеть иммунный барьер, что сразу же резко подняло акции ученых в глазах представителей делового сообщества.

Для получения массы сердечных клеток эмбриональные стволовые клетки человека пересаживали голым крысам, у которых отсутствие волосяного покрова связано с врожденным иммунодефицитом. Активин и ВМР способствовали направленной дифференцировке (развитию) в клетки сердечной мышцы.

С целью проверки их восстановительного потенциала пять миллионов человеческих кардиомиоцитов пересаживали крысам через два дня после экспериментально вызванного инфаркта. Успех клеточной терапии оценивали по восстановлению – репарации – возникшего дефекта желудочковой стенки. Тем самым достигалась репарация трансмурального инфаркта, пронизывающего всю стенку сердца. Кардиологам это говорит о многом.

В свете этого уникального открытия вполне реальной может стать мечта о «полном восстановлении памяти», то есть тотальной замене сердечной мышцы. Новое ювенильное сердце кардинально изменит жизнь человека, испытавшего на себе достижения высокой технологии замещения старой ткани «потомством» стволовых клеток. И это станет возможным без тяжелейшей операции, которая сама по себе травмирует психику кардиологического пациента.

Клеточный счет

Конечно, все понимают, что с применением клеточной терапии у человека все сложнее, нежели у крыс и мышей. Пациента кардиологической клиники не сделаешь генетически модифицированным, путем создания у него иммунодефицита за счет выключения генов.

Все нынешние иммунодепрессанты, используемые после пересадок сердца и почек, действуют довольно грубо, а возникающий под их действием иммунодефицит к тому же опасен повышенным риском ракового перерождения. Это особенно следует учитывать при пересадках активно делящиеся стволовых клеток.

Поэтому все более оправданным видится предложение создавать клеточные банки. В Детском госпитале Сингапура автор был свидетелем торжественного открытия банка крови, получаемой из пуповины младенцев. Есть такой банк и в Москве. Известно, что в пуповинной крови много стволовых клеток, но их можно сдавать и в течение всей жизни, хотя стволовые клетки взрослого организма конечно же «хуже» качеством, особенно по сравнению с эмбриональными.

Думается, что в будущем женщины смогут сдавать свои яйцеклетки с коммерческими целями, благодаря чему можно будет получать эмбриональные стволовые клетки. По крайней мере в США имеются компании, особенно в Лос-Анджелесе, строящие бизнес на заборе яйцеклеток у молодых женщин и девушек. Каждая подобная операция обходится компании примерно в 50 тыс. долл. СМИ умалчивают о том, во сколько обходятся клетки тем же университетским лабораториям страны.

В идеале каждый человек в будущем должен иметь в подобном банке «клеточный счет», благодаря чему врачи в любой момент будут иметь доступ к клеточному материалу данного человека, что позволит избавиться от кошмара преодоления иммунного барьера.