Стволовые клетки
Кристофер Рив (1952-2004), парализованный актер и защитник исследований стволовых клеток: «Эмбриональные стволовые клетки — это, по сути, набор для самовосстановления человека»
В древней гэльской легенде Тир на Ног - это земля вечной молодости, где нет болезней, старости и смерти. Ян Чалмерс из Эдинбургского университета, шотландец, гордящийся своими гэльскими корнями, вспомнил этот миф в 2003 году, когда открыл один удивительный ген.
Этот ген включается только в клетках ранних зародышей и отвечает за их способность неограниченно воспроизводиться, как будто они вечно молодые, и развиваться в 220 и более типов клеток взрослого организма. Чалмерс назвал его Nanog (Наног), и это один из генов, определяющих уникальные свойства эмбриональных стволовых (ЭС) клеток.
ЭС-клетки — управляющие клетки организма, сырой материал, из которого формируются кости, мозг, печень и легкие. Они есть только в ранних зародышах, в которых клеткам только предстоит дифференцироваться в специализированные ткани взрослого организма. Поскольку ЭС-клетки «плюрипотентные», то есть способны развиться в любую ткань, они обладают огромным медицинским потенциалом. Они могут заменить поврежденные или больные клетки у людей, страдающих диабетом, болезнью Паркинсона или параличом. Но стволовые клетки также являются предметом жарких дискуссий. Поскольку их необходимо выделять из зародышей, некоторые религиозные группы считают это аморальным.
Спор о стволовых клетках
ЭС-клетки впервые выделила из мышей кембриджская команда Мартина Эванса - в 1981-м. Почти два десятилетия спустя, в 1998-м, группа Джеймса Томпсона из университета Висконсина изолировала человеческие ЭС-клетки, дав надежду на то, что их универсальность позволит лечить болезни. Если из ЭС-клеток вырастить дофаминовые нейроны, разрушающиеся при болезни Паркинсона, их можно трансплантировать больным. При диабете их можно использовать для получения новых бета-клеток, синтезирующих инсулин.
Изучение ЭС-клеток обычно полагалось на эмбрионы, оставшиеся после экстракорпорального оплодотворения, хотя иногда зародыши создавали специально для исследований. Такие эксперименты показали, как клетки можно выращивать в самовоспроизводящихся колониях, или линиях, на подложке мышиных клеток, дающих необходимые питательные вещества (хотя данный метод устарел). Ученые исследуют, какие генетические и химические сигналы делают ЭС-клетки плюрипотентными, и затем велят им развиться в определенную ткань. Против этих работ выступают люди, считающие неправильным разрушать зародыши по любой причине, включая разработку лечения смертельных заболеваний. Большинство, хотя не все, противники ЭС-клеток обосновывают свое мнение религиозными убеждениями и также выступают против абортов. Однако страны совершенно по-разному решают вопрос стволовых клеток. Великобритания, Китай, Япония, Индия и Сингапур с энтузиазмом поддерживают эту область науки, разрешив исследование ЭС-клеток и обеспечив государственное финансирование. Другие, например Германия и Италия, частично или полностью запретили работу с ЭС-клетками.
В США, научной суперсиле, управляемой влиятельными религиозными консерваторами, этот вопрос вызвал особенно жесткую полемику. В 2001 году президент Буш объявил, что федеральные средства могут использоваться для изучения только уже существующих линий ЭС-клеток, но такой компромисс никого не удовлетворил. Защитники прав зародышей до сих пор считают любые исследования аморальными. Для ученых и пациентов правила слишком жесткие, к тому же существующие линии были выращены из мышиных клеток и не подходят для трансплантации. В нескольких штатах, например Калифорнии, были организованы специальные фонды для изучения ЭС-клеток, и частные компании продолжают инвестировать в исследования.
Путь к лечению
На момент написания книги ЭС-клетки еще ни разу не использовались для лечения, но американская компания Geron собиралась начать клинические исследования. В лаборатории из клеток были выращены различные типы тканей, которые с успехом использовались для лечения болезни Паркинсона, мышечной дистрофии и паралича у животных. Генетические открытия также позволили ученым путем перепрограммирования взрослой ткани создать новый тип плюрипотентной стволовой клетки, которая может разрешить некоторые этические вопросы.
Помимо Nanog были идентифицированы другие гены, работающие в ЭС-клетках в определенном порядке. К ним относятся гены Oct-4, LIN28 и три генных семейства — Sox, Мус и Klf. Генетическая модификация взрослой ткани, включающая эти гены, позволяет обратить время вспять для клеток кожи, которые приобретают плюрипотентность эмбриональных клеток. Впервые это удалось сделать в университете Киото японской группе Синья Яманаки в 2006 году с клетками мышей. В 2007 году Яманака и Томпсон повторили успех на клетках человека. Такие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) использовали для лечения серповидноклеточной анемии у мышей. ИПСК потенциально обладают несколькими преимуществами относительно стандартных ЭС-клеток. Для их получения не требуются человеческие яйцеклетки или зародыши, которых всегда не хватает. Поскольку их можно выращивать из клеток самого пациента, они будут генетически идентичны и не будут отторгаться иммунной системой. Также их можно создавать без разрушения человеческих зародышей.
Однако эти преимущества не делают исследование ЭС-клеток устаревшим. Во-первых, методы, используемые для создания ИПСК, слишком опасны для лечения. Генетическая модификация производится при помощи вируса, способного приводить к раку. Более того, один из генов, участвующих в процессе, с-Мус, также потенциально является онкогеном. Во-вторых, эти клетки только частично решают этические вопросы. Как отметили Яманака и Томпсон, они не существовали бы, если бы ученым не было позволено изучать генетику ЭС-клеток.
Исследование ИПСК находится в стадии младенчества, и пока непонятно, будут ли они вести себя так же, как ЭС-клетки. Ученые считают необходимым изучать работу обоих типов клеток параллельно. Разные типы могут подходить для лечения разных заболеваний. Пока рано утверждать что-либо с уверенностью.
Взрослые стволовые клетки
Стволовые клетки есть не только в зародышах. Некоторые типы стволовых клеток встречаются у детей и взрослых и служат запасом для пополнения числа клеток или восстановления органов. В частности, костный мозг и кровь пуповины содержат особенно много стволовых клеток.
Поскольку для них не требуется уничтожения зародышей, исследования и лечение с использованием взрослых стволовых клеток не имеют противников. Они уже используются при трансплантации костного мозга. Другие терапии вступили в стадию клинических исследований. Однако взрослые стволовые клетки не настолько универсальны, как ЭС, поскольку они уже начали развиваться в специализированную ткань. Поэтому их нельзя использовать для лечения некоторых болезней. Большинство ученых считают, что эта ветвь медицинских исследований должна развиваться параллельно исследованиям ЭС-клеток, а не вместо них.
Стволовые клетки и рак
Одно из следствий способности стволовых клеток неограниченно делиться и дифференцироваться в любой тип ткани — развитие гротескных раков тератом (этот термин состоит из греческих слов «чудовище» и «опухоль»). Тератомы обычно развиваются у зародышей, но диагностируются позднее и могут содержать зубы, волосы, кости и даже сложные органы, например глаза или руки. Одним из методов проверки плюрипотентности ЭС-клеток является их введение мышам для формирования тератом. Перед использованием ЭС-клеток для лечения необходимо разобраться с их раковым потенциалом. Многие другие раки, например острый лимфобластный лейкоз, также вызываются стволовыми клетками, позволяющими опухолям расти и распространяться.