Как родить родителей – Кровь5

Алексей Каменский

Как родить родителей

Клетки крови возникают из кроветворных клеток. Но этот механизм можно заставить крутиться в обратную сторону

Иллюстрация: Юлия Замжицкая

Донорский костный мозг еще очень долго будет оставаться главным источником трансплантата при пересадке. Но, наверно, не всегда. Уже идут успешные эксперименты по превращению готовых, зрелых кровяных клеток в их собственного предка – стволовую клетку. Это обещает новые удивительные способы лечения лейкозов и других тяжелейших заболеваний костного мозга. Директор Института персонализированной медицины НМИЦ эндокринологии и Центра геномных технологий и биоинформатики МФТИ Павел Волчков рассказал Кровь5, как это работает.

Мы с Павлом Волчковым познакомились на Петербургском экономическом форуме. Это мероприятие очень крупное, страшно важное, но, мягко говоря, легкомысленное. Выступления на самые многообещающие темы в большинстве своем как-то так устроены, что со второго слова уже неинтересно. Вопросов почти не задают, обсуждения не положены по регламенту. Но когда Павла Волчков, выступавшего последним на сессии про медицину будущего, прервали на полуслове, чтобы поскорей освободить зал для сессии про моногорода, было жалко.

Последние десять лет работа Волчкова связана с кроветворными клетками. Пять лет он ими занимался в Бостонском детском госпитале при Гарвардском университете, а следующие пять лет – в Москве. Это не единственная его сфера, но самая важная для Кровь5 и регистров доноров костного мозга. Можно сказать, что Павел Волчков – наш конкурент. Когда все технологии, с которыми он имеет дело, войдут в практику, доноры могут стать вообще не нужны. Только это будет очень нескоро. Кроветворная клетка – удивительно сложный, требовательный и трудноуловимый объект. Павел Волчков рассказал Кровь5 о двух этапах исследований, которые дают некоторое представление о том, как же это все работает.

Из чего сделать кроветворную клетку

Вы, наверно, представляете себе, за что получил Нобелевскую премию японский ученый Синъя Яманака. Он научился так перепрограммировать определенные виды клеток, что они начали «развиваться обратно» и превращаться в плюрипотентные стволовые клетки Это клетки, из которых может образоваться любая ткань, любой орган. Такие перепрограммированные из зрелых клетки называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, или iPS. В Бостоне мы решали более локальную задачу. Занимались проблемой получения трансплантата для пересадки костного мозга и подумали: зачем мучиться, уходить так далеко назад?

Можно взять какую-то клетку крови и попробовать из нее получить ее предшественницу – гемопоэтическую (то есть кроветворную) стволовую клетку. Кровь взять у человека проще всего, и ее много.

Эритроциты – самые многочисленные клетки крови, но для такой процедуры не подходят: у них нет ядра. Но можно взять, например, T- или B-лимфоциты. Они хороши тем, что их всегда легко идентифицировать: такие лимфоциты несут на себе уникальные маркеры – рецепторы. При превращении лимфоцита в кроветворную клетку этот рецептор сохраняется. По нему мы ее можем опознать – доказать, что она возникла именно из этого лимфоцита, что мы не смухлевали. Доказательства – это важная часть нашей работы. Вы помните историю японского исследователя Йосики Сасаи: когда его сенсационное открытие в сфере клеток-предшественников не подтвердилось и выяснилось, что его коллега и соавтор виновата в подлоге, он покончил с собой.

Можно использовать для создания гемопоэтических клеток и тканевые макрофаги – очень долго живущие лейкоциты. Мы пробовали разные варианты, брали клетки на разных стадиях развития.

Как заставить клетку развиваться вспять

Нам надо было найти так называемые транскрипционные факторы, которые бы заставили клетку меняться в нужном нам направлении. Транскрипционные факторы – это белки, которые определяют, как клетке использовать информацию, содержащуюся в ее ДНК. Они могут тормозить работу одних генов и стимулировать – других. Например, тех, которые обычно работают только на эмбриональной стадии.

Сначала мы рассматривали несколько тысяч таких факторов, потом сузили поиск до 256 самых перспективных, потом до 36, наконец до 8. Их ведь можно комбинировать друг с другом. Мы в итоге нашли даже несколько комбинаций, заставляющих клетку делать то, что мы хотим.

Все это – на мышах. Брали у них клетки и с помощью «вирусного транспорта» вводили в них нужные нам транскрипционные факторы. А затем эти клетки мы пересаживали мышам обратно. Как понять, превратились ли они в организме мыши в гемопоэтические? Перед пересадкой мы мышей облучали, убивали им костный мозг. У таких мышей оставалась только пустая ниша для кроветворных клеток, самих клеток уже не было.

И получилась система естественного отбора: выживали только мышки, у которых пересаженные клетки превратились в гемопоэтические, вновь заселили костный мозг и заработали.

Что делать с новой кроветворной клеткой

Свои клетки по определению лучше чужих. Возможность создать в пробирке собственные кроветворные клетки человека позволила бы получить для него трансплантат, не обращаясь к донору.

Если клетки уже несут в себе мутацию, которая привела к раку, их можно попробовать отредактировать ин витро, то есть в пробирке, и лишь после этого пересадить. А возможно, найдется и здоровая клетка крови, из которой получится здоровая кроветворная клетка. Ведь мутация могла произойти лишь у части потомков гемопоэтических клеток, остальные она могла не затронуть, и их можно использовать для всей этой процедуры.

Не жилец в пробирке

У всего этого есть одна большая проблема: мы не знаем, как культивировать гемопоэтические клетки, они не живут в пробирке. Не живут – не значит умирают. Просто вне костного мозга они быстро дифференцируются – превращаются в клетки следующего поколения, лимфоидные и миелоидные.

Но без, так сказать, первоначальных кроветворных клеток жить нельзя, потому что только они могут делиться практически бесконечно. У миелоидных и лимфоидных клеток возможности деления быстро истощаются.

То есть гемопоэтическую клетку мы получаем внутри организма, а работать с ней в пробирке не сможем. Компания Magenta Therapeutics Деррика Росси сейчас пытается создать ин витро условия, подходящие для жизни гемопоэтических клеток. Но это долгий процесс. А я даже не могу об этом особо рассказывать – это технология с множеством деталей, которые принадлежат исключительно разработчикам.

Мыши по тысяче долларов

Когда я вернулся в Москву, мы здесь пошли другим путем. Дело в том, что ниша, которую не удается создать для гемопоэтических клеток, уже создана ин витро для iPS (индуцированных плюрипотентных клеток). Мы можем их генетически модифицировать, что угодно делать с ними в пробирке. Поэтому мы с партнерами из китайского Guangzhou Institute of Biomedicine and Health (GIBH) на первом этапе превращаем клетку крови в iPS. iPS же мы переделываем не в гемопоэтическую клетку, а в ее непосредственную предшественницу – клетку гемогенного эндотелия. Это такие клетки, которые у эмбриона могут далее превратиться или в клетки внутренней поверхности сосудов, или в гемопоэтические клетки. Да, стенки сосудов и кровь, которая по ним течет, происходят из общего источника – а если бы не так, как бы кровь могла попасть внутрь сосудов?

Мы работаем с человеческими клетками, но не можем же экспериментировать на людях. А при пересадке человеческого гемогенного эндотелия мышкам возникают проблемы – условия проживания в мышином организме им плохо подходят. У мыши другие факторы роста, они неправильно воздействуют на человеческие клетки.

Из-за этого приходится делать специальных гуманизированных мышей. Им повреждают иммунную систему, чтобы можно было подсадить что угодно, не вызвав реакции отторжения.

А еще в мышь надо интегрировать человеческие факторы роста и некоторые другие наши белки. Надо ее сделать немножко человеком.

Это очень сложно, но другого пути нет. Это называется BLT-система: Bone marrow, fetal Liver, Thymus, то есть костный мозг, эмбриональная печень, тимус. Все это берут из абортивного материала (человеческого) и пересаживают иммунодефицитной мышке. Такие мыши жутко дорого стоят, больше тысячи долларов. А ведь для любого исследования нужна не одна, а когорта – минимум 10, а вероятнее 20–30, то есть 30 тысяч долларов – только на мышиной фазе одного эксперимента. Разработка биотехнологий – недешевое удовольствие.

Лимфоциты с выключателем

На самом деле стадия гемогенного эндотелия очень быстрая. Вот iPS – это настоящая остановка, тут с клеткой можно работать. А гемогенный эндотелий – полустанок, который поезд пролетает, только чуть притормозив и свистнув. Поэтому сейчас мы от iPS доводим клетки до стадии клетки-предшественника Т-лимфоцита, и в этот момент уже можно ее трансплантировать. Такая возможность очень важна.

Количество наивных (еще не сталкивавшихся с инфекцией) Т-лимфоцитов у человека с возрастом убывает. Из-за этого уменьшаются возможности адаптивного иммунитета: труднее противостоять заболеваниям, с которыми организм еще не сталкивался. А еще – рак. Т-лимфоциты (а также другие лимфоциты) контролируют среди прочего и канцерогенез. Они уничтожают видоизмененные клетки, грозящие постепенно превратиться в раковые.

Чем меньше у нас репертуар наивных Т-клеток, тем выше шанс, что с очередной ведущей к раку мутацией они уже не справятся. Выращивание Т-лимфоцитов из iPS, которые до того были получены из клеток крови, позволит продлить «иммунную молодость».

Вы скажете: есть технология CAR-T, когда уже существующим у человека Т-лимфоцитам ин витро приделывают рецептор для опознавания и борьбы с конкретным видом рака и возвращают их ему обратно. Но это Т-лимфоциты пациента, который, скорее всего, уже подвергался химии, – они бывают недостаточно жизнеспособны. Иногда их даже заставить пролиферировать (размножаться) не получается. В организме они едва ли могут прожить больше двух месяцев. А тут – новые, свежевыращенные Т-лимфоциты.

В будущем, а отчасти и в настоящем возможен даже такой ход. В опухоли всегда много лимфоцитов, но на определенной стадии они уже не работают, не могут с ней справиться. Она научилась подавлять их активность. И вот мы смотрим две вещи. Во-первых, какие рецепторы этих Т-лимфоцитов заточены на борьбу с этой опухолью. А во-вторых, как сама опухоль научилась воздействовать на них для подавления их активности. Мы создаем лимфоциты с рецепторами первого вида и одновременно встраиваем в лимфоциты молекулы, которые не дадут опухоли использовать свои методы влияния.

В будущем могут появиться универсальные лимфоциты для борьбы с опухолью: на стадии iPS можно заложить в них элементы, благодаря которым иммунная система не будет их замечать. Да, вводить в организм объект, который умеет обманывать иммунитет, опасно. Но речь о раке в терминальной стадии, когда все другие лекарства уже не помогают. А потом, в генетически модифицированную клетку ведь можно заложить механизм индуцированной смерти. Это как выключатель. Когда работа клетки окончена, вы на него нажимаете – вводите специальное вещество, – и клетка приступает к самоуничтожению.

Фото: Надежда Храмова


Стать донором Помочь донорам
Читайте также