Возможности стволовых клеток, или Как не вырастить палец вместо глаза.

Некоторые области науки традиционно воспринимаются как запретные: эмбриология, исследование возможностей клонирования и стволовых клеток – лишь некоторые изыскания, обладающие сомнительной с точки зрения религии и этики репутацией. Но если копнуть немного глубже обывательских представлений о наиболее перспективных для человечества отраслях знания, можно открыть для себя новый мир удивительных возможностей. Ну, или отрастить новые зубы.

Еще с тех незапамятных пор, как наши далекие недоразвитые предки вышли на сушу, побивая копьями все живое на своем пути, им не чужда была страсть к познанию. Со временем во всякой связанной с этой страстью активности все отчетливее проявлялись черты научной работы, плоды которой служили для облегчения жизни человека на этой жестокой и неумолимой земле. Или, по крайней мере, становились отличным подспорьем в военных действиях.

И, как ни странно, ни одна из этих благородных судеб не постигла многолетние исследования о природе стволовых клеток. Еще с начала XX века столь перспективная отрасль медицины практически не получала широкого освещения, а затем мечты о вечной жизни для всего человечества неожиданно скатились в попытки стареющих политиков и поп-звезд срочно и эффективно омолодиться. И это на фоне восставших по всему миру этических комитетов, признавших аморальным забор абортивного материала ради подобных целей.

Неудивительно, что теперь обыватель, услышав про «стволовые клетки» и прочие «революционные открытия» в этой области, скептически кривится, и интерес в нем планомерно затихает. А зря.

Идея о том, что в любом живом организме реализуется механизм клеточной регенерации, относительно не нова: срастание переломов, заживление кожи, затягивание проколов в ушах – с этим знакомы все и давно. Но только в последние годы была сформирована сама идея о классах клеток, отличающихся друг от друга по способности дифференцироваться во все остальные типы клеток и тканей при удобном случае. Так самой умелой в этом плане – тотипотентной (способной путем деления дать начало любому клеточному типу организма) – была и будет первая клетка, из которой образуется весь эмбрион. По мере ее деления и воздействия на нее множества внутренних направляющих факторов, она дает клетки и зачатки тканей, обладающие уже иными структурой и морфологией, отличными от ее собственных. При этом происходит и постепенное ограничение возможных направлений развития этих дочерних структур. На данном этапе они носят название поли-(источник клеток различных тканей), олиго- (дифференцируются только в подобные клетки) или унипотентных клеток соответственно.

В целом эта череда преобразований клеточных форм – от тотипотентной до максимально детерминированной касательно своего будущего клетки – образует определенную линию дифференцировки. Разумеется, большая ее часть приходится на события в фазе эмбриогенеза будущего организма, и чем старше мы становимся, тем меньше в нашем теле остается этих всемогущих клеток.

Откуда берутся клетки?

Именно поэтому наиболее ценными по количеству как самих стволовых клеток, так и их части с высокой способностью к дифференцировке являются абортивный материал или пуповинная кровь. Первое – дорого, трудноосуществимо с юридической точки зрения и, в первую очередь, неэтично. А вот пуповинная кровь - вполне безобидный способ. Это забор крови из отсеченной плаценты – того ее объема, который обеспечивает трофическую связь в системе мать-ребенок, но при этом по составу наиболее близок к крови плода. Операция эта безболезненна, проста и безопасна – во всяком случае, безобиднее большинства предродовых манипуляций, так как непосредственного контакта с матерью или плодом не происходит.

Однако даже стволовые клетки обладают спецификой, которую надо учитывать при дальнейшей работе с ними – как и, например, при переливании крови разной групповой принадлежности. Чем генетически ближе к реципиенту будет пересаживаемый материал, тем качественнее результат. Поэтому пуповинную кровь желательно использовать в индивидуальном порядке, сохранив в так называемом семейном банке крови. Подобная услуга за рубежом доступна уже с начала 90-х, а в России первый банк стволовых клеток был создан относительно недавно - в 2003 году на базе Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН.

Государственные учреждения подобного рода чаще всего заняты забором стволовых клеток крови прижизненно – достаточно принять препарат, мобилизующий их выход в периферическую кровь и сдать ее. Но процедура эта долгая, длится около трех часов, при этом кровь практически просеивается через сепаратор и возвращается в тело «донора» через другую вену. После испытанного букета ощущений вас предупредят, что активность стволовых клеток, взятых подобным образом, может быть несколько ниже, как и эффективность манипуляций с ними. Да и вообще их маловато, потому что организм не спешит подобным материалом делиться.

Другая часть банков, и притом более значительная, финансируется частными лицами и специализируется именно на работе с роженицами за какие-то, казалось бы, несущественные суммы – от 50 до 100 тысяч рублей плюс ежемесячные выплаты. Взамен в прейскуранте клиентам гарантируют в течение 15-20 лет хранить специально обработанный стволовой материал при низкой температуре и выдать по первому требованию.

Для каких целей?

Да для каких угодно. Тот же буклет подробно и популярно рассказывает о способах применения полученного биологического материала в будущем – например, для лечения около сотни заболеваний. Трудно сказать, много это или нет, но среди них значительную группу составляют диагнозы, связанные с нарушениями в системе кровообращения, проявлениями лучевой болезни и иммунодефицитные состояния.

Но для человека здорового и в целом не при смерти, все это занимательно, но как-то мало и несущественно. Всегда хочется чего-нибудь вещественного и веского. Кроме терапии и иммунологии технология работы со стволовыми клетками вполне может подружиться с генной инженерией и трансплантологией и дать куда более осязаемые плоды. При помещении любой культуры клеток в питательный раствор, своего рода первичный бульон, который будет обеспечивать всем необходимым процессы жизнедеятельности, эта клеточная структура будет безбедно жить и размножаться, образуя растущую биомассу.

Логично, что при использовании стволовых клеток, выходной продукт подобных экспериментов может быть вполне себе впечатляющим, ведь потенциал тканей и органов, в которые они могут развиться первоначально, неограничен. Научные светила уже грезят о создании органов из пробирки в ближайшем будущем. Однако, учитывая, что в этой технологии существует еще масса непроработанных этапов, ближайшее будущее массового использования подобных методов растягивается по самым оптимистичным прогнозам (например, директора Федерального научного центра трансплантологии и искусственных органов имени Шумакова профессора Сергея Готье) на 10-15 лет.

В первую очередь, необходимо точно знать, что заставляет стволовую клетку выбирать ту или иную линию дифференцировки, чтобы ненароком не ошибиться и не вырастить в пробирке палец вместо глаза. Кстати, это основная причина, по которой этап дифференцировки проводится в пробирке, а не сразу на теле реципиента. С одной стороны, любой клетке при делении, конечно, присущ процесс самоорганизации в ту ткань или орган, в который она подсажена, а с другой, никто не застрахован от опухолевых процессов или других осложнений. Пожалуй, мало кто захотел бы повторить судьбу героя Гарри Гаррисона и иметь на ноге после ее восстановления все 12 пальцев, золотые ногти и кожу в нарядную клеточку. А ведь именно этот бесхитростный способ используется в косметологии – неудивительно, что подобное омоложение не вызывает в научных кругах ничего, кроме подозрительного прищура. Среди профессионалов с чистыми руками даже существует миф о том, что фирмы, предоставляющие подобные услуги, работают без лицензии.

Однако способ направить клетку по желаемому пути развития существует. При добавлении в гель, в котором она ждет своей участи, определенных медиаторов – гормоноподобных веществ, развитие может приобрести вполне предсказуемый оборот.

Например, ученые из Городского университета Иокогамы (Япония) не стали далеко ходить, а взяли и вырастили в подобном геле печень. Судя по небольшим размерам, она бы больше сгодилась не человеку, а мыши, но, технически, как по составу так и по строению, она вполне функциональна. Дело в том, что печень как орган состоит из нескольких типов тканей и клеток: собственно стволовые, которые дифференцируются в вещество органа, эндотелиальные, выстилающие сосуды печени, и мезенхимальные, образующие внутри соединительно-тканые перегородки.

Сложность подобных экспериментов состоит в том, чтобы различные типы клеток не просто размножились и развились нужным образом под воздействием медиатора, но и приняли необходимую форму, образовывая цельные рабочие структуры: печеночные балки – ряды пластами лежащих клеток, оболочки и, конечно, сосуды. Было замечено, что они самостоятельно врастали в ткань, образуя целостные трехмерные структуры. И исключительно методом перебора были определены условия, при которых формировались мельчайшие, правильные по форме печеночные зачатки.

Иначе решили эту проблему специалисты в клинике Барселоны, когда к ним обратилась тяжелобольная 30-летняя женщина, нуждавшаяся в пересадке трахеи. Из ее собственных стволовых клеток был выращен необходимый орган с чередующимися участками соединительной ткани и хрящевыми полукольцами, придающими трахее дополнительную прочность. «Формой» послужил 7-ми сантиметровый отрезок трахеи погибшего донора, внутренний просвет которого был выстлан здоровыми стволовыми клетками женщины.

Операция прошла успешно, вскоре в импланте нормализовалось кровоснабжение, и женщина покинула больницу.

Куда более изощренные решения необходимы при работе с мелкими органами, состоящими из многих типов сложно расположенных по отношению друг к другу тканей. Например, зубы. Несколько лет понадобилось группе профессора Такаси Цудзи на то, чтобы вырастить полноценный зуб для мыши. Сначала он был неправильной формы, из сплошного эмалевого каркаса, но со временем ученым удалось воссоздать в нем все компоненты: сосуды и нервы, эмаль, дентин и пульпу. Источником клеток стали эмбрионы мыши и выделенные из них мезенхимальные и эпителиальные ткани – те же, что участвуют в генерации разных частей зуба и у человека. Для получения нужной формы его поместили в фиброзную капсулу почки – это плотная оболочка, окружающая орган, послужила каркасом, удерживающим в нужном положении растущие ткани зуба.

В теории аналогичные операции можно производить и с людьми, если, конечно, никого не смущает подобный суп из зубов и фантиков в виде почечных капсул. Стволовые клетки представляется возможным извлечь из пульпы собственного зуба, например, зуба мудрости, поместить в гель и дождаться роста мельчайшего зачатка будущего органа. После этого зачаток или зубную почку необходимо только пересадить на десну.

Нюанс лишь в том, что каждый зуб имеет свою форму и разное расположение бугорков на жевательных поверхностях. Руководители проекта признаются, что как раз расположение бугорков и общий размер (выращенные зубы чуть меньше настоящих) они изменять пока не научились, как и ширину головки.

«Конечная цель всех исследований в области регенеративной медицины – создание полностью развитых, правильно работающих биоинженерных органов, которые заменят “испорченные” травмой, болезнью или старением», — отмечает Цудзи. Его, по-видимому, совершенно не пугают долгосрочные перспективы развития этой области науки для внедрения в клиническую практику. К счастью, как и многих других талантливых, активных и заинтересованных специалистов по всему миру.

http://www.chaskor.ru/article/volshebnaya_totipotentnost_37129