Клетки свободной специализации

Тигран Оганесян
8 июля 2002, 00:00

Опыты со стволовыми клетками могут привести к победе над многими неизлечимыми болезнями. Пока, правда, эти клетки добывают в основном из человеческих эмбрионов

Многообразие направлений, в которых ведут поиск современные биологи, способно сбить с толку не только дилетанта, но и квалифицированного специалиста: целые кластеры разрастающихся как на дрожжах life sciences пребывают в зачаточном состоянии и предугадать, какие из них в дальнейшем "выстрелят", а какие лопнут как мыльные пузыри, очень затруднительно.

К числу зарождающихся буквально на глазах перспективных направлений биологии XXI века относится и учение о стволовых клетках. (Достаточно сказать, что до 1998 года практически ничего не было известно даже о существовании таких клеток в организме человека - первым удалось изолировать их из внутриклеточной массы четырехдневного человеческого эмбриона Джеймсу Томпсону из Университета штата Висконсин). Сегодня "стволовые исследования" по значимости могут быть сопоставимы даже с пресловутыми работами по клонированию или дешифровке различных геномов: применение стволовых клеток в медицине позволит, по мнению ученых, справиться чуть ли не со всеми "проблемными" заболеваниями человечества (в том числе со многими формами рака, диабетом, рассеянным склерозом, болезнью Паркинсона и др.).

Клетки-универсалы

В отличие от обычных клеток, обреченных выполнять строго определенные функции в организме (скажем, быть только кожными клетками или клетками печени), стволовые клетки изначально обладают "свободной специализацией". И до тех пор, пока они не получат генетического сигнала, их деятельность в организме ограничивается многократным дуплицированием. Причем способность стволовых клеток длительное время воспроизводить себе подобных также является уникальной: в отличие от "нормальных" стволовые клетки могут быть практически неограниченным источником первичного клеточного "сырья".

Стволовые клетки можно уподобить универсальному строительному материалу, из которого при умелом генетическом манипулировании "произрастет все, что угодно", от нейронов мозга и кровяных клеток до клеток тканей, выстилающих кишечник или другие внутренние органы. Впрочем, до самого последнего времени ученые полагали, что подобным универсализмом обладают только стволовые клетки, получаемые из эмбрионов, а аналогичные клетки взрослых организмов обладают ограниченной функциональностью, то есть их возможная тканевая специализация в той или иной степени лимитирована. Но установить жесткие рамки, выйти за которые взрослые стволовые клетки не могут, биологам не удавалось - чуть ли не каждый месяц в научной прессе появлялись сообщения об очередных успехах в их "направленной дифференциации" (например, из кровеобразующих взрослых стволовых клеток костного мозга удалось в результате генетического репрограммирования и последующей трансплантации в "нужные" ткани вырастить нейронные, мускульные клетки и клетки печени, а из родственных им стромальных мозговых клеток - жировые и хрящевые).

Эти удивительные превращения взрослых стволовых клеток подвели биологов к мысли о том, что, быть может, особой разницы в степени универсализма между обычными и эмбриональными клетками нет. Экспериментальное доказательство этого революционного тезиса впервые представили широкой общественности американские ученые из Института стволовых клеток университета Миннесоты в конце июня (см. прошлый номер "Эксперта"). Правда, первые сообщения об успехах миннесотских цитологов появились еще в январе, но для верификации этих экспериментов другими научными коллективами потребовалось дополнительное время.

Группе Кэтрин Верфейль, директора вышеупомянутого института, удалось извлечь из костного мозга взрослых мышей и крыс стволовые клетки, трансформирующиеся в любые тканевые клетки организма. Для получения этих клеток ученым потребовалось шесть лет кропотливой работы - в среднем на миллион обычных клеток приходится лишь одна стволовая. Будучи затем помещенными в клеточную культуру, они быстро размножались в чашках Петри.

В дальнейшем эти клетки, получившие название "мультипотентные взрослые клетки-прародители" (MAPC's), в одной серии экспериментов инъецировались в эмбрионы грызунов. Благодаря нанесенным на них специальным маркерам потомки MAPC's были в дальнейшем идентифицированы в крови, мозге, легких, кишечнике, тканях мускулов, печени и многих других органах животных, развившихся из этих эмбрионов. В другой серии опытов те же стволовые клетки инъецировались в хвостовые вены взрослых мышей и также позднее стали частью различных тканей животных.

Конечно, стопроцентной уверенности в том, что MAPC's способны "рождать" клетки всех двухсот с лишним известных современной науке типов, у авторов открытия сейчас нет, но, судя по многочисленным комментариям коллег Кэтрин Верфейль по "стволовым исследованиям", долгожданный прорыв действительно произошел. Теперь ученым предстоит долгая рутинная работа по изучению генетических последствий проделанных опытов над животными: прежде всего проверке будет подвергнута их иммунная реакция на вторжение клеток-чужаков, в том числе перспективы образования в организме так называемых производных опухолей (что нередко случалось после пересадки "необработанных" эмбриональных стволовых клеток в различные ткани взрослых животных).

Эмбриональная дискуссия

Опубликование результатов экспериментов группы Верфейль (первую статью напечатал респектабельный Nature) имело неоднозначные последствия. С одной стороны, публикация лишний раз подтвердила большой научно-практический потенциал исследований взрослых стволовых клеток. А с другой - была весьма неожиданно интерпретирована сторонниками полного запрета экспериментов с эмбриональными стволовыми клетками и опытов по клонированию человеческих эмбрионов. "Запретители" дружно выразили восхищение опытами американских цитологов: по их мнению, эти эксперименты стали "решающим подтверждением" того, что использование взрослых стволовых клеток предоставляет не меньше практических возможностей для науки, чем "преступное искусственное разведение" эмбриональных клеток. По словам ультраконсервативного американского сенатора Сэма Браунбэка, одного из самых известных апологетов полного запрета клонирования в США, "достигнутые доктором Верфейль результаты ясно показали, что серьезный прорыв в регенеративной медицине может быть достигнут и без упования на эксперименты с жонглированием человеческими жизнями".

Однако справедливости ради следует отметить, что подобная реакция на публикацию Nature была, в общем-то, нетипичной. В основном комментарии в СМИ свелись к констатации того, что дальнейший прогресс в "науке о стволовых клетках" может быть достигнут благодаря исследованиям как взрослых, так и эмбриональных клеток, и ни о каком искусственном замораживании одного из двух равноправных направлений пока речи идти не может. К тому же и сами издатели английского научно-популярного журнала, предвидя возможную реакцию консервативных кругов, умело "разбавили" основную статью Верфейль со товарищи. В том же номере они опубликовали промежуточные итоги исследований другого американского цитолога, Рональда Мак-Кея, являющегося полным антиподом сенатора Браунбэка в отношении к законодательным перспективам лабораторных исследований с эмбриональными стволовыми клетками (а равно и с человеческими клонами).

Мак-Кей был одним из пионеров искусственного выращивания эмбриональных клеток, и его перу принадлежит множество публикаций в различных изданиях, пропагандирующих необходимость продолжения активных исследований в этой области. Его статья в Nature посвящена последним успехам, которых он и его коллеги по Национальному институту неврологических расстройств (Бетесда, штат Мэриленд) достигли в лечении болезни Паркинсона при помощи трансплантации в пораженный мозг (правда, не людей, а мышей) генетически модифицированных эмбриональных стволовых клеток. Группе Мак-Кея впервые удалось в лабораторных условиях с помощью обработки этих клеток специфическим геном Nurr1 и применения "факторов роста" вырастить из них клетки-нейроны. Новые клетки способны производить в больших количествах допамин, нехватка которого в мозге и приводит к развитию болезни Паркинсона. Для имитации этой болезни мышам были удалены ответственные за производство допамина нейронные клетки одного из полушарий, что привело к частичной потере ими двигательной ориентации (животные стали бегать по клеткам кругами). Успешно вживив полученные нейронные клетки в мозг больных мышей, ученые смогли их вылечить (по крайней мере спустя два месяца после операции мыши вели себя вполне нормально). Важным итогом экспериментов Мак-Кея следует считать и то, что в ходе послеоперационного наблюдения за мышами у них не было обнаружено никаких следов опухолевых новообразований, бича многих предыдущих опытов с пересадками эмбриональных стволовых клеток в ткани взрослых животных.

Впрочем, обольщаться насчет достигнутых Мак-Кеем успехов в борьбе с "паркинсонообразными" симптомами рановато: как признает и сам американский цитолог, необходимо несколько лет поэкспериментировать с обезьянами и лишь в том случае, если эффективность и безопасность предложенного терапевтического метода будет доказана в ходе этих контрольных испытаний, его можно будет испробовать и на людях.

Похожие планы есть и у Кэтрин Верфейль: она надеется, что взрослые стволовые клетки можно будет перепрограммировать таким образом, что они станут развиваться в специализированные клетки, производящие допамин (другой вариант - их можно будет использовать при производстве инсулина для лечения диабета).

Наши отстали

Когда речь заходит о перспективах стволовых исследований, большинство ученых сходится во мнении, что взрослые клетки не могут рассматриваться в качестве полной замены эмбриональным, и нужно продолжать работать в обоих направлениях. Кстати, в целом ряде стран лабораторные исследования эмбриональных клеток сегодня переходят из разряда полузапретных в абсолютно легальные. Так, в феврале 2002 года специальная комиссия британской палаты лордов пришла к заключению, что "для достижения максимальной отдачи в медицинских исследованиях следует всемерно развивать оба терапевтических подхода". На очереди аналогичная поправка к законодательству в Австралии. Одним из наиболее активных лоббистов здесь выступает премьер штата Новый Южный Уэльс Боб Карр. Свою позицию он в прошлый вторник весьма эмоционально изложил в газете Sydney Morning Herald: "Ряд оппонентов исследований эмбриональных стволовых клеток верит в то, что человечеству лучше и дальше страдать от различных тяжелых недугов, вместо того чтобы попытаться извлечь практическую пользу из этих экспериментов. Ибо, по их мнению, человеческие страдания неизбежны, они - необходимое следствие первородного греха. В отличие от них я и мои сторонники убеждены в том, что страдания человечества можно и должно облегчать еще в этом мире всеми доступными науке способами.

Членам парламента, которые будут голосовать 'за' или 'против' принятия этой поправки, следует также принять во внимание еще один, последний, аргумент: 'излишки' эмбрионов, легально выращиваемых в клиниках искусственной фертилизации, так или иначе 'приговариваются к смерти' - их изымают из пробирок и размораживают. Они погибают, безвестные и не оплакиваемые никем из людей, которые сегодня так пекутся о неприкосновенности их 'жизни'. Так пусть же их лучше используют в научных исследованиях, для того чтобы предоставить хоть какой-то шанс всем, кто страдает неизлечимыми сегодня заболеваниями. Дайте ученым эту возможность, разрешите им работать".

В США официально новые опыты с эмбриональными стволовыми клетками запрещены, но у американских цитологов есть лазейка: все "клеточные линии", созданные до принятия этого запрета, поддерживать в "рабочем состоянии" разрешено, и более того, на это ученым недавно были выделены деньги из федерального бюджета.

В России исследования эмбриональных клеток теоретически являются легальным видом научной деятельности. Правда, в 1998 году группа парламентариев, поддержанная Русской Православной Церковью, пыталась наложить запрет на эксперименты с клетками человеческих зародышей, но Дума такого закона не приняла. Другое дело, что пока какими-либо успехами в этой области наши ученые похвастаться не могут, так как, по оценкам специалистов, для технического оснащения только одной лаборатории необходимо не менее полумиллиона долларов. Впрочем, недавно отечественные генетики подготовили специальную программу научных исследований в этом направлении и, по словам ректора Российского государственного медицинского университета академика Владимира Ярыгина, эта программа будет обсуждаться на одном из заседаний президиума РАМН. Также рассматривается возможность создания банка стволовых клеток, получаемых не из эмбрионов, а из пуповинной крови, плаценты и взрослых клеток костного мозга. Тем не менее отставание наших ученых от западных коллег продолжает расти, и, похоже, мы в который уже раз обречены на унылое созерцание "мировой стволовой революции" из последних рядов галерки.