Клетка всемогущая: какие возможности для лечения открывает плюрипотентность – Кровь5

Елена Бабичева

Клетка всемогущая: какие возможности для лечения открывает плюрипотентность

Иллюстрация: Юлия Замжицкая

Гемопоэтические стволовые клетки отвечают в организме за кроветворение, давая начало лейкоцитам, тромбоцитам, эритроцитам… А что такое плюрипотентные стволовые клетки и на что они способны, разбиралась Кровь5.

На самой ранней, зародышевой, стадии эмбриональные клетки не имеют конкретной специализации и могут развиться практически в какие угодно. Эта их особенность создает широкие возможности для моделирования того, как развиваются болезни, а следовательно, и разработки более эффективного их лечения.

Сила неопределившихся

Это свойство эмбриональных клеток давать начало клеткам всех типов в организме называется плюрипотентностью. Сохраняется оно недолго, всего лишь одиннадцать дней — с момента оплодотворения яйцеклетки и до имплантации зародыша в стенку матки.

Все это время идет активный процесс самообновления: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) могут бесконечно делиться, производя дочерние, сохраняющие те же свойства клетки-предшественника. Чтобы затем, получив определенный сигнал, выйти из режима самообновления и включить программу, ведущую к дифференцировке в специализированные типы клеток, превратившись уже в мультипотентные, которые размножаются в одном выбранном направлении, чтобы «растить» конкретный орган.

Однако пока эмбриональная стволовая клетка «раздумывает», в какую будет развиваться, она обладает соблазнительным потенциалом для ученых.

Являясь родоначальницей специализированных клеток, она может использоваться для создания гемопоэтических клеток, нейронов, гепатоцитов и кардиомиоцитов, то есть клеток печени и сердца, и др. И далее применяться для изучения и лечения заболеваний, для создания новых лекарств.

Спорные источники

В 1981 году эмбриональные стволовые клетки были впервые выделены из мышиной бластоцисты — части, которая дает начало эмбриону. Человеческие ЭСК были получены значительно позже, только в 1998-м, путем экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Создание линий человеческих ЭСК показало, что они могут неограниченно расти in vitro (в пробирке), сохраняя свой кариотип и плюрипотентность. Их потенциал развития для дифференцировки во все типы клеток организма был подтвержден несколькими анализами in vitro и in vivo (на живой ткани).

Но встала серьезная этическая проблема. Ведь стволовые клетки не просто обладают плюрипотентным свойством на эмбриональном этапе. По сути одиннадцатидневный эмбрион — не что иное, как скопление этих самых клеток. Таким образом, их можно получить, лишь разрушив его. Сторонники таких исследований упирали на то, что для выделения плюрипотентных клеток используются эмбрионы, полученные с помощью ЭКО и никем не востребованные, которые все равно утилизируют.

Разрешить биоэтическую дилемму попытались ученые Гарвардской медицинской школы, предложив получать ЭСК методом химеризации. Для этого соматические клетки человеческого плода соединили с коровьей яйцеклеткой, из которой предварительно удалили ядро (пронуклеус). Таким образом были получены гибридные бластоцисты, а уже из них — эмбриональные стволовые клетки.

С одной стороны, данный метод позволял избежать использования человеческого эмбриона и связанного с этим биоэтического конфликта. С другой — порождал новые вопросы, ведь это был межвидовой зародыш.

Неизвестно, какая у него генетика, насколько он жизнеспособный, а риск передачи таким образом зоонозных инфекций (от животных человеку) достаточно велик.

Несмотря на эти риски и жаркие научные дискуссии об этичности подобных исследований, в 2000 году Австралия, Япония и Великобритания отменили мораторий на такие эксперименты и разрешили работу над созданием межвидовых гибридов.

Точку в дискуссии обозначили японские ученые.

Коктейль Яманаки

В 2012 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была вручена Джону Бертрану Гёрдону, профессору Кембриджского университета и руководителю Института Гердона, и Синъе Яманаке, профессору Университета Киото и Института Гладстона. Их наградили за открытие возможности перепрограммирования соматических клеток в плюрипотентные.

Справедливости ради надо отметить, что первые опыты по перепрограммированию соматических клеток в плюрипотентные путем переноса ядра были проведены гораздо раньше, еще в начале 1960-х, когда будущий нобелевский лауреат Яманака только родился. Однако лишь спустя почти четыре десятилетия, в 2006 году, он вместе с коллегой Кацутоси Такахаси сумел идентифицировать гены, которые, собственно, и запускали процесс репрограммирования фибробластов кожи мыши в плюрипотентные клетки.

«Коктейль Яманаки» — такое название получила совокупность четырех генов Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc (OSKM), которые достаточно ввести в любые взрослые клетки, чтобы спустя месяц они ничем бы не отличались от эмбриональных, то есть стали бы плюрипотентными.

Потом подобный эксперимент был проведен с использованием фибробластов человека. Перепрограммированные клетки получили название «индуцированные плюрипотентные стволовые клетки» (иПСК).

Многочисленные эксперименты подтвердили, что плюрипотентность достигается скоординированными действиями этих генов с множественными сигнальными путями, дающими ответ на определенные условия окружающей среды. У ЭСК такое состояние сохраняется те самые одиннадцать дней до момента гаструляции — сложного процесса морфогенетических изменений, при котором начинается дифференцировка клеток, дающих начало различным тканям и органам. На этом этапе уровни транскрипционных факторов снижаются, и клетки теряют свои плюрипотентные свойства. У иПСК «срок действия» плюрипотентности неограничен.

Получая Нобелевскую премию, Яманака призвал ученых отказаться от использования эмбриональных клеток. Ведь плюрипотентные клетки, полученные искусственным путем, имеют те же характеристики, что и эмбриональные, но при этом не провоцируют биоэтический конфликт.

Уравнение с неизвестными

Впрочем, дальнейшие исследования по перепрограммированию мышиных и человеческих стволовых клеток показали, что не все так просто с ними. Эксперименты подтверждали, что данная методология применима практически для всех соматических клеток, а иПСК потенциально могут обеспечить получение неограниченного количества аутологичных клеток для разных нужд медицины.

При этом эффективность перепрограммирования пока еще крайне низка: плюрипотентными становятся менее 1% соматических клеток.

Не определен пока как долгосрочный эффект, так и риски их применения. Все же взрослые соматические клетки, из которых получают плюрипотентные, за время жизни накапливают в своих геномах различные изменения. Как они отразятся на перепрограммируемых, вопрос открытый. Высказываются опасения, что перепрограммирование может активировать развитие опухолей.

Не все однозначно и с иммунной совместимостью с клетками пациента. Ряд исследований показал, что клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных клеток, могут вызывать отторжение при трансплантации. Нельзя исключать и риск присутствия клеток нежелательного типа в клеточном трансплантате.

В общем пока применение иПСК — уравнение со многими неизвестными, которое ученым еще только предстоит решить.

Потенциал без границ?

Вместе с тем потенциал плюрипотентных клеток огромен. Речь не только про их способность дифференцироваться в определенные типы клеток, но и про клиническое применение. В первую очередь их использование имеет большие перспективы в регенеративной медицине.

Сейчас сразу несколько научных институтов в США и Японии ведут работы по дифференцировке ПСК в пигментный эпителий сетчатки. Его повреждение является проявлением многих дегенеративных заболеваний сетчатки глаза, в том числе возрастной макулярной дегенерации. Это прогрессирующее глазное заболевание, которое приводит к снижению остроты зрения за счет поражения центрального отдела сетчатки глаза — макулы. Применение иПСК позволит замедлить развитие патологии и даже вернуть зрение. Кровь5 рассказывала о таких экспериментах.

Клетки, полученные из иПСК, также используются в клинических испытаниях иммунотерапии рака для лечения опухолей на поздних стадиях.

Несколько лет назад было одобрено клиническое исследование кардиомиоцитов, полученных из иПСК, для лечения сердечных заболеваний.

Помимо использования в регенеративной медицине для лечения поврежденных тканей с помощью клеточно-заместительной терапии иПСК используют для моделирования заболеваний, например нейродегенеративных. Чтобы понять, что происходит в организме при болезни Альцгеймера или Паркинсона, нужно исследовать нейроны. Но от пациента их получить весьма затруднительно. Зато их можно вырастить, причем уже с патологией.

Для этого надо получить клетки кожи у пациента с соответствующим заболеванием. Эти клетки подвергают репрограммированию с помощью того самого «коктейля Яманаки», в результате чего получают плюрипотентные клетки. Затем их дифференцируют в специализированные, в данном случае в нейронные, и получают необходимый материал для исследования.

Первое клиническое испытание по лечению болезни Паркинсона с использованием нейронов, полученных из иПСК, было проведено в 2018 году в Университете Киото.

Еще одно перспективное направление — возможность редактировать геном иПСК и возвращать пациенту уже исправленные клетки. Первые шаги в этой области уже ведутся: исследователи попытались исправить мутацию, отвечающую за серповидноклеточную анемию. С помощью технологии геномного редактирования они изменяли стволовые клетки костного мозга и обратно вводили отредактированные. Гипотетически вместо стволовых клеток можно использовать индуцированные плюрипотентные.

Перспективы применения иПСК, в общем, захватывающие.


Стать донором Помочь донорам
Читайте также
01 февраля 2023
27 января 2023
20 января 2023
17 января 2023
11 января 2023
30 декабря 2022
20 декабря 2022
15 декабря 2022
08 декабря 2022
30 ноября 2022
25 ноября 2022
23 ноября 2022