Наконец, по сигналу соответствующих генов-господ формируются специализированные ткани и типы клеток. Выявлен ген, который инициирует созревание слоя клеток, выстилающего внутреннюю поверхность сосудов.
Такое глубокое проникновение в иерархическую структуру организации генов было бы невозможно без пристального изучения стволовых клеток. Ведь только из них можно создать живую клеточную колонию вне организма и вдоволь изучать все ее свойства. Ну кто из живых потерпит, чтобы ученые копались в его печени или гландах? А так – вырастил печень в пробирке, и препарируй ее сколько хочешь. Правда, пока о выращивании полноценного органа речь не идет – в лабораториях говорят о создании органоподобных клеточных колоний. Но и это уже довольно много с точки зрения экспериментальной науки.
Глава 3. Зачем нужны стволовые клетки?
Еще до открытия стволовых клеток в тканях человеческого организма были открыты их подобия – так называемые камбиальные клетки. Их основная задача – пополнение клеточного состава, который постоянно тает от функциональных перегрузок или болезней. При столь пристальном внимании к стволовым клеткам немудрено, что камбиальные клетки оказались как-то забыты. А между тем камбиальные клетки – непосредственный участник восстановительных процессов в тканях. Наглядный тому пример – клетки росткового слоя кожи, пополняющие постоянно расходуемый запас зрелых, уже не делящихся клеток кожного покрова. Более того, до открытия стволовых клеток речь шла только о таком способе восстановления.
А вот в нервной ткани камбиальных клеток, способных размножаться, нет. Но там сохраняется резерв молодых клеток – нейробластов, которые восполняют различные дефекты, сохраняя тем самым функциональную способность соответствующего отдела мозга или периферической нервной системы.
Каковы же взаимоотношения стволовых и камбиальных клеток? Возможны ли их взаимопревращения, может ли стволовая клетка дать начало камбиальной и наоборот, происходит ли этот процесс в организме, каково его значение для нормального течения восстановительных процессов и каков (если он существует) его молекулярно-генетический механизм? Решение этих вопросов имеет важное не только фундаментальное, но и практическое значение. Именно в нем кроется секрет – можно ли на самом деле использовать стволовые клетки для обеспечения молодости и здоровья.
Увы, пока результаты противоречивы и вызывают больше споров, чем реального понимания. Так, выяснилось, что даже когда стволовая клетка уже начала преобразование в одну из своих разновидностей, в этот процесс включается сразу несколько программ, и что в результате из нее получится, однозначно сказать нельзя. Достаточно слегка изменить условия и исключить тот или иной фактор, как клетка начнет преобразование в другом направлении.
Правда, когда превращение уже произошло, изменить получившуюся клетку невозможно никакими силами; более того, в отличие от обычных клеток она уже не будет делиться и производить себе подобных.
Что же нового дало открытие стволовых клеток во взрослом организме? Оно изменило наши представления об организации тканей и о механизмах протекающих в них восстановительных процессов. Был сделан новый и очень важный вывод: эмбриональные клетки с высоким потенциалом к развитию сохраняются и во взрослом организме. Более того, они составляют важнейшее звено в цепи восстановительных процессов, о чем ранее не подозревали.
Вот что еще может дать нам понимание происходящих процессов: в ходе клеточного деления из стволовых клеток возникают материнская и дочерняя клетки. Материнские используются для самоподдержания популяции, а дочерние либо «выходят» в камбиальную клетку, либо начинают собственное превращение. Стволовая клетка сохраняет свойства ранних эмбриональных клеток – возможность превращаться в любую клетку, а камбиальная эту способность утрачивает и производит лишь региональные структуры.
Таким образом, в изучении восстановительных процессов сделан большой шаг вперед. Но предстоит еще очень много сделать, чтобы познать тонкие механизмы поведения стволовых клеток и найти возможность использовать эти знания в клинической практике.
Глава 4. Применение стволовых клеток
Уникальные способности стволовых клеток делают их идеальным материалом для трансплантационных методов клеточной и генной терапии. Наряду с региональными стволовыми клетками, которые при повреждении тканей соответствующего органа мигрируют к зоне повреждения, делятся и дифференцируются, образуя в этом месте новую ткань, существует и «центральный склад запчастей» – стромальные клетки костного мозга. Эти клетки универсальны. Они, видимо, поступают с кровотоком в поврежденный орган или ткань и там под влиянием различных сигнальных веществ производят взамен погибших нужные клетки (хотя полученные многочисленные данные такого рода нередко критикуются и требуют дополнительной проверки).
В частности, установлено, что инъекция экспериментальным животным стромальных клеток костного мозга в зону повреждения сердечной мышцы устраняет явления постинфарктной сердечной недостаточности. А стромальные клетки, введенные свиньям с экспериментальным инфарктом, уже через восемь недель полностью перерождаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая ее функцию. Результаты такого лечения инфаркта впечатляющи. По данным Американского кардиологического общества за 2000 г., у крыс с искусственно вызванным инфарктом 90 % стромальных клеток костного мозга, введенных в область сердца, трансформировались в клетки сердечной мышцы.
Японские биологи в лабораторных условиях получили клетки сердечной мышцы из стромальных клеток костного мозга мышей. В культуру стромальных клеток добавляли 5-азацитидин, и они начинали превращаться в клетки сердечной мышцы. Такая клеточная терапия весьма перспективна для восстановления сердечной мышцы после инфаркта, поскольку для нее используются собственные стромальные клетки. Они не отторгаются, и кроме того, при введении взрослых стволовых клеток исключена вероятность их злокачественного перерождения.
Широко применяется терапия стромальными клетками в ортопедии. Это связано с существованием особых белков, так называемых BMP (костные морфогенетические белки), которые направляют перерождение стромальных клеток в остеобласты (клетки костной ткани). Клинические испытания в этом направлении дали многообещающие результаты. Например, в США 91-летней пациентке с незаживающим в течение 13 лет переломом вживили специальную коллагеновую пластинку с нанесенными на нее BMP. Поступающие в зону перелома стромальные клетки «притягивались» к пластинке и под влиянием BMP превращались в остеобласты. Через восемь месяцев после установки такой пластинки сломанная кость у больной восстановилась. Сейчас в США проходят испытания и скоро начнут применяться в клинике специальные пористые губки, наполненные одновременно и стромальными клетками, и нужными индукторами, направляющими развитие клеток по требуемому пути.
Большое значение придают стволовым клеткам (в частности, стромальным) при лечении различных нейродегенеративных и неврологических заболеваний – паркинсонизма, болезни Альцгеймера, хореи Гентингтона, мозжечковых атаксий, рассеянного склероза и др. Группа неврологов из Американского национального института неврологических заболеваний и Стэнфордского университета обнаружила, что стромальные стволовые клетки костного мозга могут превращаться в клетки нервной ткани. Значит, костный мозг человека можно использовать как источник стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей в головном мозгу. Пациент может стать собственным донором, что предотвратит реакцию иммунологической несовместимости тканей.
Весьма перспективны также попытки использовать стволовые клетки пуповины и плаценты. Специалисты из Института акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН выделили региональные нейральные стволовые клетки и впервые получили их подробную иммуногистохимическую характеристику. В опытах с пересадкой стволовых нейральных клеток человека в мозг крыс показана их приживляемость, миграция на достаточно большие расстояния (несколько миллиметров) и способность к дифференцировке, которая в значительной степени определялась микроокружением трансплантата. Например, при пересадке нейральных клеток человека в область мозжечка крысы, где расположены клетки Пуркинье, они развиваются в направлении именно этого типа клеток. Об этом свидетельствует синтез в них белка калбиндина, специфического продукта клеток Пуркинье.
Отечественные биологи (Институт биологии гена РАН, Харьковский институт криобиологии и фирма «Виола») впервые разработали оригинальную методику индукции в культуре: стромальные стволовые клетки дифференцировались в направлении клеток, похожих на клетки островков Лангерганса, содержащих инсулин. Наличие этого белка в них определяли с помощью современных методов молекулярной биологии и цитологии. Самое интересное, что в культуре эти клетки формируют структуры, напоминающие островки Лангерганса. Не исключено, что в далекой перспективе они станут незаменимы для лечения диабета.
