Исследователям из Америки и Японии впервые удалось превратить клетки кожных покровов человека в полноценные аналоги эмбриональных стволовых клеток. В США эта работа выполнена в лаборатории профессора Висконсинского университета в Мэдисоне Джеймса Томсона. Японский коллектив возглавляет профессор Синья Яманака из университета Киото. Японские биологи 20 ноября выложили свою статью на интернет-сайте журнала Cell. Американская работа 22 ноября появится на сайте журнала Science,
Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) содержатся в самых юных эмбрионах, так называемые бластоцистах. В процессе внутриутробного развития ЭСК после многократных делений трансформируются в клетки всех без исключения специализированных органов и тканей. Клетки со столь универсальными способностями к превращениям называются плюрипотентными. Ученые надеются использовать плюрипотентные клетки для регенерации ткани, поврежденной в результате несчастного случая или заболевания. К примеру, пересадка таких клеток может способствовать заживлению травматического разрыва спинного мозга либо восстановлению сердечной мышцы после инфаркта.
Впервые человеческие ЭСК были выделены и размножены в культуре в лаборатории Джеймса Томсона в 1998 году. В настоящее время в различных странах поддерживаются сотни жизнеспособных линий таких клеток. Однако пересадка чужих стволовых клеток или выращенных из них тканей может быть чревата опасностью их отторжения иммунной системой больного. Поэтому куда лучшим решением было бы получение стволовых клеток из бластоцисты, содержащей собственный генетический материал пациента.
Техника получения подобных бластоцист хорошо известна. Донорскую яйцеклетку с заранее изъятым ядром следует объединить с обычной «телесной» (формальное название – соматической) клеткой больного, которому предстоит лечение. Если все сделать правильно, что технически вовсе не просто, эта химера превратится в бластоцисту - источник стволовых клеток. Эти клетки можно изъять из бластоцисты, размножить на питательной среде и подсадить в зону повреждения. Стоит отметить, что на прошлой неделе исследователи из Орегонского приматологического центра сообщили, что им впервые удалось таким способом клонировать зародыши приматов и выделить из них стволовые клетки.
Однако тут-то биотехнологии и вступают в конфликт с моралью. Решительные противники абортов видят в клонированных бластоцистах полноценные человеческие эмбрионы и возражают против их уничтожения. Подобные настроения очень сильны в США, где многие политически влиятельные группы требуют полностью запретить эксперименты с человеческими ЭСК, или как минимум, отказать им в государственном финансировании. Такой позиции придерживается и администрация Джорджа Буша. Помимо этого с яйцеклетками тяжело работать, да и добывать их тоже непросто. Трудно поверить, что для каждого из миллионов больных, нуждающихся в регенеративной терапии, найдется женщина, готовая пожертвовать свою яйцеклетку.
Однако есть и другой путь. Ученые из разных стран уже несколько лет пытаются изменить работу генных структур соматических клеток, чтобы превратить их в плюрипотентные клетки, то есть функциональные аналоги ЭСК. На этом пути в последние годы были достигнуты немалые успехи. Так, в августе 2005 года сотрудники Гарвардского университета перепрограммировали фибробласты, наиболее распространенные и активные клетки соединительной ткани. Экспериментаторы весьма хитрым способом добились слияния фибробластов с культивированными человеческими ЭСК. В результате они получили гибридные клетки, обладающих не двумя, а четырьмя наборами хромосом (такие клетки называют тетраплоидными).
Примерно один на тысячу полученных тетраплоидов продемонстрировал такую же способность к трансформации, что и обычные стволовые клетки. Гены фибробластов как бы повернули во времени вспять, вернулись в эмбриональное состояние, и с этой стартовой позиции запустили процесс клеточной специализации. Экспериментаторы наблюдали превращение плюрипотентных гибридов в клетки нервной и мышечной ткани, а также в клетки волосяных фолликулов.
Правда, для получения лечебных стволовых клеток этот метод явно не годится. Такие клетки, как и все клетки организма за исключением половых, являются диплоидными, то есть содержат всего два хромосомных набора. Однако принципиальная возможность глубокого генетического перепрограммирования соматических клеток была доказана уже два года назад.
После этого введения можно перейти к рассказу о новых открытиях. Яманака и его коллеги ищут пути к перепрограммированию кожных клеток в аналоги ЭСК уже давно. В 2006 году они сообщили о переделке соматических клеток мышей в клетки иного рода, обладающие многими свойствами клеток эмбрионов. Для этого они ввели в клетки кожных фибробластов гены четырех белков, запускающих определенные участки наследственной информации.
Такие вспомогательные белки-активаторы называются факторами транскрипции, и они довольно многочисленны; ученые из Киото использовали факторы OCT3/4, SOX2, KLF4 и c-MYC. Для «подсадки» генов транскрипционных факторов использовались ретровирусы, куда эти гены были искусственно встроены. Эта операция и заставила кожные клетки перестроиться в нужном направлении.
В июне этого года киотские исследователи и еще два коллектива объявили, что точно таким же способом они осуществили более глубокую трансформацию того же исходного материала и в итоге получили практически точные копии мышиных ЭСК. Эти результаты дали все основания надеяться, что вскоре аналогичную операцию удастся проделать и с клетками человеческой кожи.
Теперь эти надежды оправдались. Яманака и его коллеги применили все ту же четверку факторов транскрипции, которую они использовали и в работе с мышиными клетками. В качестве исходного материала они взяли культуру из 50 тысяч клеток кожи лица 36 летней женщины, присланную американской биотехнологической фирмой. Им удалось получить несколько линий плюрипотентных клеток, которые по всем показателям практически ничем не отличались от ЭСК.
Когда этим клеткам позволили размножаться, они дали начало клеткам сердечной мышцы, нервной ткани и других органов. Правда, таких линий получилось всего десять, так что эффективность этого метода пока очень низка (почему – еще не ясно). Для контроля ученые из Киото подвергли такой же обработке похожие на фибробласты клетки, выделенные из суставной жидкости пожилого мужчины, и получили аналогичный результат.
Сходным образом действовали и исследователи из группы Томсона. Сырьем для них тоже послужили клетки человеческой кожи – только не лица, а крайней плоти новорожденного мальчика. Исследователи в Мэдисоне перепрограммировали эти клетки опять-таки с помощью четырех факторов транскрипции: OCT3/4, SOX2 (их применили и японцы), NANOG и LIN28. Такая комбинация выглядит предпочтительней, поскольку использованный группой Яманаки фактор c-MYC, по некоторым данным, может вызывать злокачественное перерождение клеток. Правда, КПД этой трансформации оказался несколько ниже, чем у ученых из Киото – одна удачная перестройка на 10 тысяч «сырьевых» клеток.
Искусственные аналоги ЭСК называются индуцированными плюрипотентными клетками (ИПК). Нет сомнения, что получение человеческих ИПК является крупным успехом науки, о чем уже заявили многие видные ученые. Так, известный американский специалист по стволовым клеткам Роберт Ланза назвал эти результаты биологическим эквивалентом первого аэроплана братьев Райт. Правда, пока еще неясно, можно ли будет использовать такие клетки в трансплантационной медицине, и если да, то когда именно. Скорее всего сначала придется найти новые способы пересадки генов транскрипционных факторов, поскольку использование ретровирусов может быть слишком рискованным.
Но такие надежды вполне реальны. Не случайно представитель администрации Буша Тони Фратто в первый же день подчеркнул, что новый метод получения аналогов человеческих ЭСК не вызывает никаких возражений. А пресс-секретарь Белого Дома Дейна Перино сообщила, что президент Буш очень обрадован «важным прорывом» в изучении стволовых клеток. «Мы будем и дальше поощрять ученых расширять границы исследований стволовых клеток и углублять понимание биологии человека этически ответственным образом», - сказала она.
