Для здоровья:

Старение и стволовоклеточная терапия

Наталья 15 Августа в 0:00 885 0
Старение и стволовоклеточная терапия
Широчайший диапазон возможной дифференцировки ЭСК и их способность к бесконечному размножению (в отличие от взрослых стволовых клеток, у которых оно имеет тенденцию прекращаться) объясняет сложившийся в ученом мире консенсус об их большем по сравнению с взрослыми стволовыми клетками терапевтическом потенциале.

Впрочем, он немал и у последних. Фактически единственный в современной клинической практике метод стволовоклеточной терапии - пересадка костного мозга, иначе говоря, его (т.е. взрослых) стволовых клеток, получаемых от донора или от самого пациента.

В уже упоминавшемся редакционном резюме обычно дипломатичного "Новоанглийского медицинского журнала" часто повторяемые заявления консервативных общественных групп об эффективном лечении взрослыми стволовыми клетками 70 или "более 65" болезней справедливо названы "откровенной ложью", а соответствующая информация, помещаемая на интернет-сайте одной из наиболее заметных организаций такого сорта - "полной чушью".

Ученые единодушны: омоложение нашего организма возможно исключительно с помощью ЭСК - благодаря их плюрипотентности и просто количеству, необходимому для выращивания крупных тканевых трансплантатов, а иногда и целых органов. А такая задача, безусловно, возникнет. Наши клеточные потери связаны не только с инфарктами миокарда и нейродегенеративными патологиями: эти потери происходят непрерывно во всех тканях, что отрицательно сказывается на их функциях. Например, тот же паркинсонизм - результат отмирания в головном мозгу нейронов, вырабатывающих нейромедиатор дофамин, участвующих в тонком управлении скелетной мускулатурой.

Клинический анализ ставится после потери примерно половины таких клеток, что приводит к заметным нарушениям двигательной активности, включая непроизвольное ритмичное подрагивание (тремор) и застывшее на лице безучастное, а то и злобное выражение. Однако все мы, ежедневно старея, утрачиваем вырабатывающие дофамин нейроны. Просто у больных паркинсонизмом этот процесс идет быстрее, и его клинический порог достигается раньше. Не имея возможности заменять утраченные клетки новыми, все мы, в конце концов, обречены на пресловутый "дрожательный паралич", - если, как уже неоднократно повторялось, не умрем до его появления.

И такие потери идут по всему нашему организму, причем не только из-за неизбежных возрастных метаболических расстройств. Мы непрерывно лишаемся клеток вследствие молекулярных повреждений, вызываемых высокореактивными побочными продуктами нормального обмена веществ. Даже когда мы научимся устранять эти повреждения с помощью SENS-биотехнологических методов, для окончательной победы над возрастом уже нанесенный ущерб надо будет компенсировать.

Естественно, потери происходят и по другим причинам. Мы регулярно разрушаем не способные замещаться клетки, стукаясь обо что-то головой, переживая моменты кислородного голодания, а также в результате апоптоза ("запрограммированной клеточной смерти"), когда организм фактически заставляет совершать самоубийство те из них, которые, по его мнению, начинают приносить больше вреда, чем пользы.

Является ли апоптоз одним из компонентов "старения", вопрос спорный, но, к счастью, даже оставив его без ответа, мы вполне можем заниматься возвращением прежних сил и здоровья нашему немало пожившему, барахлящему телу. Замена недостающих клеток станет важнейшей частью противовозрастной медицины, независимо от того, случайны их потери или речь идет о неизбежном процессе. Постепенное клеточное отмирание - это в любом случае удаление от идеала юношеского здоровья, а значит, биоинженер должен обращать вспять такую деградацию. Полная аналогия с обычным инженером, обязанным обеспечивать оптимальную работу вверенных ему механизмов.

Выбрасывание ключа от аптечки

У взрослого человека эмбриональных стволовых клеток нет - только взрослые. Как уже говорилось, истинные ЭСК существуют только в бластоцистах. Следовательно, чтобы получить их, надо получить доступ к этим ранним эмбрионам. К счастью, в нашем распоряжении огромный и почти непочатый их запас - они буквально в промышленных масштабах производятся в центрах экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).

Шансы на успешную имплантацию и вынашивание для каждого полученного путем ЭКО эмбриона до сих пор относительно низки, поэтому из сперматозоидов и яйцеклеток, сдаваемых парой родителей или донорами, производят сразу по нескольку таких зачатков - с расчетом на повторные попытки. Это избавляет женщин от необходимости неоднократно подвергаться дорогой, очень неприятной и даже немного опасной гормональной обработке, необходимой для извлечения яйцеклеток.

Обычно после каждой попытки экстракорпорального оплодотворения остается восемь эмбрионов, а в результате только в американских клиниках к 2002 их хранилось в замороженном состоянии порядка 400 000. Из этого количества как минимум 16 000 считались окончательно не востребованными, еще 45 000 были кандидатами на такой же незавидный статус, вероятность использования остальных тоже оставалась крайне низкой. Рано или поздно эти эмбрионы выбрасываются или попросту портятся, теряя способность развиваться в ребенка.

Вот почему дебаты вокруг "побочного" использования материала, получаемого в ЭКО-клиниках, вызывают такое раздражение у врачей и ученых. Эмбрионы уничтожаются в любом случае: у подавляющего большинства из них нет никаких шансов на имплантацию в матку и дальнейшее развитие в младенца.

Противники ЭСК-исследований предложили гуманную альтернативу: имплантация этих излишков женщинам-добровольцам, которые донашивали бы их для последующей передачи приемным родителям. Однако даже такой радикальный вариант вряд ли сумел бы спасти от мусорного бака хоть 1% невостребованных эмбриональных запасов. Судьба не попавших в матку бластоцист все равно предрешена: единственный вопрос - позволят ли специалистам использовать их клетки в научных и лечебных целях.

Фактически втягивание этих эмбрионов в дебаты о допустимости абортов еще более абсурдно. Бластоциста - настолько примитивная стадия развития организма, что биохимического "решения", становиться ли ей конкретным человеком, природой еще не принято. Именно поэтому все ее клетки плюрипотентны, т.е. готовы дифференцироваться в любом направлении, и привязывание ЭСК-методик к спорам вокруг абортов - очевидная этическая путаница. Например, на этой стадии эмбрион еще может разделиться на две отдельные клеточные популяции, каждая из которых может стать самостоятельной уникальной личностью.

Это собственно и происходит при образовании однояйцовых близнецов. А поскольку клеточный шарик способен дать одного, двух и даже больше разных людей, говорить о его индивидуальности, человеческой сущности или, допустим, душе, очевидно, не приходится. И хотя благоговейный трепет перед жизненным потенциалом, заключенным в ЭСК вполне оправдан, это не должно затуманивать нашего этического мировосприятия настолько, чтобы забывать о моральных обязательствах перед пациентами, чьи реальные жизни зависят от тех же самых клеток, на самом деле мало отличимых от культур, выращиваемых в чашках Петри.

Никодимово решение

Какими бы всемогущими ни были ЭСК не использованных экстракорпорального оплодотворения эмбрионов, у них есть один потенциальный недостаток, затрудняющий медицинское использование. Эти клетки по определению чужие для пациента, а значит, являются мишенями для атаки его иммунной системы. А значит, не исключены те же самые проблемы, что и при обычной пересадке органов: с одной стороны, риск отторжения трансплантата и гомологичной болезни, с другой - опасность медикаментозной иммуносупрессии для предупреждения таких реакций.

Пока накопленные данные наводят на мысль о нашей способности во многих случаях без особого труда справляться с подобными трудностями. Такая уверенность вытекает в основном из положительного опыта экспериментального лечения с помощью ЭСК различных болезней. В большинстве этих исследований просто предполагалось, что проблем с отторжением не возникнет, и заранее принимались меры к их предупреждению - использовались либо иммунодефицитные животные, либо иммуносупрессивные средства.

Однако впоследствии ЭСК стали применять без такой страховки, и результаты показали необоснованность наших опасений, по крайней мере, в некоторых случаях. В упоминавшемся выше эксперименте с овечьим инфарктом и в нескольких исследованиях с грызунами вживленные реципиентам ЭСК даже другого биологического вида обеспечивали хорошую регенерацию тканей и не вызывали реакции отторжения.

Возможно, ЭСК находятся на такой ранней и неопределенной стадии развития, что еще не несут достаточно антигенов для возникновения иммунологического барьера даже между видами, не говоря уж об индивидах. Кроме того, похоже, ЭСК выделяют свои собственные иммуносупрессивные вещества строго локализованного действия, которые не только избирательно защищают их от иммунной атаки, но и включают в нападающих Т-киллерах механизм самоуничтожения (апоптоза). Поскольку такая оборонительная стратегия связана с прямыми клеточными контактами или факторами, действующими в непосредственной близости от ЭСК, системных побочных эффектов, неизбежных при использовании иммуносупрессивных медикаментов, не наблюдается.

Более того, в некоторых специфических случаях риск отторжения низок по определению, потому что сами ткани, в которые вводятся ЭСК, надежно защищены от иммунной атаки. Речь идет, например, о значительной части нервной системы: именно поэтому в ее узлах годами прячутся вирусы герпеса, успешно уничтожаемые в других местах организма.

Можно также снизить риск отторжения, вводя пациенту ЭСК из изолятов (линий), совместимых с его тканями по всем главным антигенам. Это нетрудно делать, если у нас будет возможность тестировать и выбирать клеточный материал из огромного количества бластоцист, обреченных сейчас на уничтожение.

Согласно расчетам, банк, включающий всего 150 случайным образом взятых из этой выборки эмбрионов, обеспечил бы прекрасную совместимость для 20%, хорошие шансы на приживаемость почти у 40% и как минимум долговременную жизнеспособность трансплантата у примерно 85% потенциальных пациентов. Повторяю: это цифры для случайной выборки. Если же проводить предварительное тестирование по всему запасу лишних ЭСК, всего 10 бластоцист гарантировали бы высшую А-степень гистосовместимости приблизительно в 40% пересадок и хорошую приживаемость более чем для двух третей реципиентов.

Однако целиком отметать возможность отторжения как препятствие для эффективного применения ЭСК в медицинской и противовозрастной терапии пока рано. Тут хорошая новость в том, что уже существует методика, позволяющая создавать идеально иммунологически совместимые ЭСК для таких высокоорганизованных животных, как коровы и обезьяны, а несколько научных групп заявляют о близком достижении такого же результата и в случае человека. Речь идет об уже упоминавшемся переносе ядер соматических клеток (ПЯСК) У пациента берут зрелую клетку тела ("соматическую", т.е. не половую), например, делая мазок с внутренней стороны щеки, и переводят назад ее часы, устраняя ограничения, наложенные дифференцировкой, т.е. фактически превращая ее в специфичную для пациента ЭСК.

Такое биологическое чудо совершается невероятно простым способом. Из донорской яйцеклетки удаляют ядро (эту называется энуклеацией) и заменяют его ядром соматической клетки пациента. Биохимическая обработка или электростимуляция обеспечивает объединение разнородных структур, после чего яйцеклетка начинает делиться, как после обычного оплодотворения, давая множество ЭСК, несущих только гены будущего реципиента, а значит, идеально совместимых с его тканями. Такие клетки можно использовать, как и любые другие ЭСК, но уже без всякого риска отторжения.

star18.jpg
Рисунок 2. Схема ПЯСК ("терапевтического клонирования")

Возможно, вы уже слышали об этой революционной биомедицинской методике: ее растиражированное СМИ более популярное название - терапевтическое клонирование. С научной точки зрения такой термин безупречен, однако он породил невероятную путаницу относительно природы и целей ПЯСК, подлив напалма в огонь, и без того пылавший в юридических дебатах и на интернетовских форумах, посвященных стволовым клеткам. Сейчас я попробую остудить разгоревшиеся страсти.

Для ученого слово "клон" означает просто набор генов, клеток или организмов, идентичных по строению ДНК, поскольку они происходят от одного предка. Мы уже использовали его в этом смысле, говоря о "клональной экспансии" Т-лимфоцитов, а также "моноклональных антителах", применяемых сейчас для лечения некоторых типов рака и, вероятно, полезных для биоинженерного противодействия старению. Аналогичный смысл вкладывают ученые в слово "клон" применительно к бактериям, в которые встроен ген, превращающий их в микробиологические фабрики по производству инсулина для диабетиков, и даже садоводы, обсуждающие различные клоны земляники, полученные путем ее вегетативного размножения (укореняющимися "детками").


Однако даже у высокообразованного человека, слабо разбирающегося в биологии и биомедицине, понятие "клон" обычно ассоциируется с армией неотличимых друг от друга зомби, беспрекословно подчиняющихся приказам технократам или созданных для иных, еще более зловещих целей. Очевидно, такая путаница сильно снижает ценность дебатов вокруг потенциально спасительной для многих больных методики ПЯСК. Характерный пример - речь, произнесенная в Канадском парламенте 27 февраля 2003 в ходе дискуссии по поводу законов, регулирующих исследования стволовых клеток, мистером Джеймсом Ланни, членом консервативной партии, депутатом от округа Нанаймо-Алберни на острове Ванкувер.

Он начал так: "Если бы мы взяли одну из клеток спикера, извлекли бы ее ядро и поместили его в яйцеклетку, можно было электрически стимулировать ее развитие". Пока все правильно. Но затем мистер Ланни нарисовал фантастическую и, увы, слишком распространенную среди неспециалистов картину: "Получился бы так называемый терапевтический клон - незрелая модель мистера спикера, из которой можно было бы при желании извлечь орган, убив в ходе этого сам клон. Вот что такое перенос ядер соматических клеток, или терапевтическое клонирование". Похожие глупости звучали в стенах Конгресса США и во многих других местах, где вспыхивали дебаты по поводу стволовых клеток.

Метод ПЯСК вообще не предназначен для клонирования людей. Его задача - производство бластоцисты, микроскопического клеточного шарика, еще не решившего, будет он одним человеком или несколькими близнецами. Верно, из такой бластоцисты можно в принципе получить младенца, если имплантировать ее в матку, как поступают при ЭКО, но это лишь возможность, а не реальность. В случае терапевтического клонирования не происходит оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, не возникает нового уникального набора генов, нет ни имплантации эмбриона, ни беременности.

Биомедицинский ПЯСК создает новые ЭСК, а не организмы и даже не органы, которые можно было бы извлечь для пересадки. Этим способом не получают ни мозгов, ни даже зачатков нейронов. Разборка на ЭСК для лечебных целей образовавшейся в результате ПЯСК бластоцисты не более жестокое "убийство", чем выбрасывание в конце эксперимента культуры размножающихся клеток кожи. Как уже говорилось, ПЯСК всего лишь позволяет лечить людей их собственными клетками, эмбриональный потенциал которых восстановлен с помощью особым образом стимулированной яйцеклетки.

Поскольку полученные при ПЯСК ЭСК несут те же гены, что и их будущий реципиент, они признаются за "своих" его иммунной системой, полностью совместимы с его тканями. К чему бы ни привели в дальнейшем результаты исследований ЭСК из лишних ЭКО-эмбрионов, ПЯСК практически гарантирует пациентам отсутствие отторжения, гомологичной болезни и проблем, связанных с пожизненным применением токсичных иммуносупрессоров.

Перспективы регенеративных возможностей получаемых путем ПЯСК ЭСК уже продемонстрированы в предварительных доклинических исследованиях. У подопытных животных этот метод с успехом использован для лечения многих тяжелых патологий, с которыми пока плохо справляется традиционная медицина, в том числе паркинсонизма, инфаркта миокарда и эквивалента синдрома "кюветного младенца" (тяжелого комбинированного иммунодефицита), причем в последнем случае удавалось спасать не только отъемышей, но и полностью развитых взрослых особей, всю жизнь страдавших этим заболеванием.

Как уже говорилось, аналогичные чудеса способны творить и ЭСК из бластоцист, полученных более натуральным способом, однако, по некоторым данным, даже если и они не вызывают отторжения, ПЯСК все-таки дает кое-какие преимущества. В самом деле, накопленные на сегодняшний день результаты недораскрывают весь терапевтический потенциал этого метода, поскольку в проведенных экспериментах ученые использовали не клетки, полученные индивидуально от каждого животного-реципиента (для достижения идеальной совместимости, желательной при лечении человека), а одну клеточную линию для лечения целой колонии близкородственных особей.

Например, при изучении паркинсонизма исследователи заставляли созданные путем ПЯСК клетки дифференцироваться в нейроны, соответствующие разным участкам центральной нервной системы (передний, средний, задний, спинной мозг) и отвечающим за широкий спектр функций. Некоторые из них относились к типу, вырабатывающему нейромедиатор дофамин, необходимый, как уже говорилось, для тонкого контроля движений.

Другие используют в мозгу главным образом другой нейромедиатор, ацетилхолин, и их отмирание характерно для болезни Альцгеймера. Удалось также получить клетки, секретирующие такие мозговые нейромедиаторы, как серотонин и гамма-аминомасляная кислота; проводящие двигательные сигналы от спинного мозга к мышцам (дегенерация этих клеток вызывает мотонейронные болезни); глиальные клетки, служащие "опорой" для нейронов и необходимые для их защиты и питания. Одним словом, диапазон успешно дифференцировавшихся зрелых клеточных производных был намного шире, чем в более ранних работах с применением обычных ЭСК.

Затем эти клетки протестировали на грызунах с паркинсонизмом (более двух третей их вырабатывающих дофамин нейронов было уничтожено токсином) и сравнили их эффект с результатами использования ЭСК, полученных обычным способом. Дифференцировавшиеся в обоих случаях нейроны давали стабильные трансплантаты, улучшали двигательную активность животных и не вызывали реакции отторжения. Однако, хотя использованные для ПЯСК клетки были получены не от самих реципиентов, а от их родственников, они оказались эффективнее обычных ЭСК. В мозгу возникали более крупные "заплаты" с вдвое большим количеством выживавших через восемь недель после пересадки новых нейронов, так что в конечном итоге общее число дофамин-продуцирующих нервных клеток в местах трансплантации возрастало на 50%.

Похоже, метод ПЯСК оказался эффективнее и в смысле функционального улучшения. Поскольку в эксперименте поражалась только одна сторона головного мозга, химическая стимуляция оставшихся дофаминпродуцирующих клеток вызывала двигательный дисбаланс. Нервные сигналы шли главным образом к ногам с одной стороны тела животного, в результате чего оно начинало вертеться на месте, как, скажем, тележка для покупок, у которой заело только одно колесо.

Выраженность такого "вращательного поведения" использовалась как один из ключевых показателей функции пораженной - и восстанавливаемой - части мозга. Лечение и обычными ЭСК, и ЭСК, полученными путем ПСЯК, ослабляли эту аномалию более чем на 70%, но во втором случае результаты были немного лучше.

Исходя из широкого разнообразия полученных их методами нервных и глиальных клеток, ученые, проводившие данное исследование, считают, что использованный ими подход можно применять также для лечения рассеянного склероза и других демиелинизирующих расстройств (когда повреждается необходимая для нормальной работы нейронов миелиновая оболочка), хорею Гентингтона, боковой амиотрофический склероз и другие мотонейронные болезни.

star19.jpg
Рисунок 3. Восстановление с помощью ЭСК, в том числе полученных методом ПЯСК, двигательной функции у модельных животных с паркинсонизмом

На пути к клиническому внедрению ПЯСК еще остаются технические сложности, однако теоретические сомнения относительно его медицинской применимости постепенно исчезают. Например, были вопросы по поводу митохондрий в создаваемых таким способом клетках.

Энуклеированная яйцеклетка получает ядерную ДНК пациента, но сохраняет свои собственные "энергетические станции". Многие ученые высказывали опасения, что такой "гибрид" будет либо обречен на дисфункцию из-за несовместимости с ним исходных митохондрий (производных ядерных генов донорской яйцеклетки и ее митохонодриальной ДНК), либо станет отторгаться реципиентом из-за иммунного ответа на эти чужеродные органеллы.

Однако до сих пор эта митохондриальная нестыковка, похоже, ничему не мешала. Помимо того, что гибридные клетки успешно приживались в теле животных-реципиентов без каких-либо признаков отторжения, очень тонкое исследование разнообразных специфических белков, используемых для выявления митохондриальной "чужеродности", показало: трансплантаты воспринимаются организмом как "свои" по всем доступным параметрам.

Высказывались также опасения по поводу эпигенетики получаемых при ПЯСК клеток: якобы "леса", окружающие ядерные гены и регулирующие их экспрессию, будут аномальными, а это чревато дисфункцией или злокачественным перерождением. Однако, хотя такая проблема и наблюдалась при использовании выращенных с помощью ПЯСК эмбрионов для клонирования животных, похоже, она не возникает при использовании полученных этим методом стволовых клеток в лечебных целях.

В самом деле, в начале 2006 ученые из Уайтхедского института биомедицинских исследований в Кембридже (Массачусетс) сообщили, что транскрипция и трансляция в ЭСК, созданных путем ПЯСК и возникающих при экстракорпоральном оплодотворении, идут практически идентично: любые наблюдаемые расхождения связаны с генетическими различиями животных-доноров, а не с происхождением клеток. Более того, по-видимому, сам процесс выделения ЭСК из полученных при ПЯСК бластоцист подразумевает своего рода "выживание наиболее приспособленных": эпигенетически неадекватные клетки гибнут из-за собственной дисфункциональности.

Вероятно, это в значительной мере объясняет, почему так трудно получить богатый "урожай" таких ЭСК из каждой отдельной бластоцисты. Серьезные проблемы могут возникнуть у того, кто собирается использовать ПЯСК для клонирования человека (опасающиеся такого поворота событий должны вздохнуть с облегчением), однако, судя по всему, эпигенетические моменты, хотя и затрудняют медицинское применение ПЯСК, отнюдь не исключают его эффективности и безопасности.

Еще один вопрос: где брать яйцеклетки для широкого внедрения ПЯСК в противовозрастную терапию? Их резерв ограничен количеством женщин, готовых сдавать такого рода биоматериал, а необходимые для его изъятия гормональные обработки и умеренно инвазивное хирургическое вмешательство скорее всего, будут сдерживать рост числа добровольцев. Многие говорят о неэтичности финансовой или иной стимуляции подобного донорства, особенно учитывая его не до конца гарантированную безопасность.

Однако и эту препону можно преодолеть чисто техническими средствами. Один из вариантов - использование яйцеклеток животных. Конечно, это создаст дополнительные опять же технические трудности: в частности, митохондрии не просто другого индивида, а другого вида могли бы привести к утрате ЭСК стабильного энергоснабжения. Недавно, опираясь на собственный опыт работы с этими органеллами. Можно ввести в яйцеклетку не только ядро, но и митохондрии реципиента, а в результате избежать их потенциальной межвидовой несовместимости.

Альтернативный путь - массовое биоинженерное производство яйцеклеток из более распространенных человеческих клеток, например эпидермальных. Канадские исследователи недавно сообщили о получении ими из клеток кожи свиного плода других клеток, которые по своей структуре, особенностям генной экспрессии и некоторым функциональным признакам очень напоминают яйцеклетки. Достаточно ли полно такое соответствие, еще не вполне ясно, но они - или их более совершенные версии - вполне могут обладать такой же, как у обычных яйцеклеток, способностью "переводить назад часы" зрелых соматических клеток.

Это означало бы доступность почти неограниченного резерва искусственных яйцеклеток: в 1 квадратном дюйме (2,5 х 2,5 см) кожи человеческого плода содержится 19 млрд. их "заготовок". Такое изобилие позволило бы нам избежать даже этических дебатов: достаточно было бы просто получать у родителей согласие на использование тканей мертворожденных младенцев, а не абортированных эмбрионов.

Ди Грей Обри
Похожие статьи
показать еще