Новая жизнь старых клеток дает надежду

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – надежда человечества если не на вечную молодость, то, по крайней мере, на решение целого ряда медицинских проблем. О том, какие практические перспективы существуют у его открытия, рассказал нобелевский лауреат профессор Синья Яманака.

В 2012 году Синья Яманака вместе с Джоном Гардоном получили Нобелевскую премию за открытие того, что зрелые клетки можно «перепрограммировать» обратно в стволовое плюрипотентное состояние . Сам метод обращения зрелых клеток в стволовые появился за шесть лет до премии, в 2006 году, после чего все сразу заговорили о широчайших перспективах, открывающихся перед медициной и биологией. О будущем метода и о тех исследованиях, которые проводятся в руководимом им Центре изучения и применения индуцированных плюрипотентных клеток (Center for iPS Cell Research and Application) в Японии, профессор Яманака рассказал на открытой лекции, прошедшей 29 мая в стенах Санкт-Петербургского Политехнического университета.

В молодости будущий нобелевский лауреат хотел стать врачом. Он получил медицинское образование и докторскую степень по медицине, и даже успел поработать хирургом-ортопедом. Но позже Синья Яманака решил, что принесёт больше пользы, если начнет заниматься наукой. В 1998 году Джеймс Томсон и его сотрудники из Висконсинского университета в Мадисоне впервые получили линию человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Потенциал стволовых клеток для использования в медицине ученые оценили сразу: если бы удалось заменить пораженные клетки и ткани новыми, выращенными из стволовых клеток, то можно было бы решить проблему с целым рядом тяжелых заболеваний. Однако существовала этическая проблема – ведь ЭСК можно добыть только из человеческих эмбрионов.
Спустя год в Институте науки и технологии Нара (Япония) стволовыми клетками начал заниматься Яманака. Он решил ответить на вопрос: если из стволовой клетки можно получить практически любую клетку организма, то нельзя ли заставить зрелую, специализированную клетку превратиться во что-то другое? Ученый считал, что поиск механизма, который сможет заставить клетку переродиться, займет всю его оставшуюся жизнь. Однако уже через 6 лет он и его коллеги получили результаты, которые вскоре удостоились Нобелевской премии.

Метод получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) с 2006 года был усовершенствован, и теперь перепрограммированию можно подвергнуть, например, некоторые клетки крови, взятые из простого клинического образца. Переходя от теории к практическому использованию технологии, профессор продемонстрировал удивительные кадры: на экране появилась пульсирующая ткань. Это, как пояснил Яманака, ткань сердечной мышцы, которую вырастили в лаборатории из одной клетки крови, обращённой в стволовое состояние.

На сегодняшний день существует три основных направления использования ИПСК. Первое – in vivo, в клеточной терапии, когда старые больные клетки пытаются заменить на новые, дифференцированные и здоровые. Второе – in vitro, когда из ИПСК получают разные виды специализированных клеток для тестирования различных фармакологических препаратов, лекарств, токсинов и т.д. Третье направление – создание банка человеческих тканей с различными генетическими дефектами для изучения и нахождения путей возможного лечения генетических болезней.

Известно, что некоторые антибиотики и болеутоляющие в качестве побочного эффекта вызывают аритмию, которая в тяжёлых случаях приводит к летальному исходу. С помощью ИПСК можно более тщательно тестировать антиаритмические препараты, ведь чтобы проверить токсичность и безопасность препарата на сердечной мышце, не нужно добывать клетки прямо из человеческого сердца, их можно просто вырастить в лаборатории. Сейчас для таких тестов используются в том числе и раковые клетки, в которых активирован ген, кодирующий клеточный калиевый насос – этот насос необходим для работы сердечной мышцы. Таким образом можно исследовать калиевую проницаемость и внутреннюю физиологию клетки в ответ на действие того или иного компонента лекарственного препарата.
Еще один показательный пример – боковой амиотрофический склероз (БАС), при котором происходит прогрессирующее поражение моторных нейронов, сопровождаемое параличом конечностей и атрофией мышц. Один из самых известных больных БАС – ученый-космолог Стивен Хокинг.
В возглавляемом профессором Яманака институте удалось получить ИПСК здоровых людей и больных БАС. В самих стволовых клетках никаких различий не обнаружили. Но после того, как эти клетки превратились в моторные нейроны, отличия нашлись. Оказалось, что отростки нейронов у больных БАС были в два раза короче, чем у здоровых людей. Теперь на выращенных в лаборатории больных нейронах тестируют вещества, которые, возможно, смогут обратить вспять процесс укорочения нейронных отростков.

Третий путь использования ИПСК – то самое, что когда-то побудило ученого заняться стволовыми клетками, клеточная терапия. Ученые видят большие перспективы в использовании ИПСК для посттравматического восстановления спинного мозга, когда поврежденные клетки заменяются на новые здоровые. Успешные опыты на мышах позволяют надеяться, что через несколько лет этот метод можно будет опробовать и на человеке.
Уже в конце 2014 года начнутся клинические исследования по применению ИПСК в лечении дегенерации сетчатки, одной из причин старческой слепоты. Поскольку за глазом очень удобно наблюдать, в ходе этого исследования ученые надеются решить еще один вопрос. Есть серьёзные опасения, что ИПСК не вполне безопасны, так как могут пойти по неверному пути, превращаясь вместо нормальных специализированных клеток в раковые. За клетками сетчатки очень удобно наблюдать, и, если хотя бы одна клетка попытается сформировать злокачественную опухоль, это можно будет сразу же заметить и удалить «отщепенца» с помощью лазера. Впрочем, профессор Яманака считает, что хотя опасения относительно рака оправданы, риск таких отклонений минимален, и пользы от использования ИПСК в клинической практике будет неоспоримо больше, чем потенциального вреда.

Еще одна проблема, которую можно решить с помощью ИПСК – нехватка донорской крови. Профессор приводит в пример Японию, где в последние годы наблюдается заметное старение нации и людям все чаще и чаще требуется переливание крови. Новые технологии могут обеспечить клиники не просто достаточным количеством крови, но и отдельными типами клеток.

Возвращаясь к замене больных клеток здоровыми, следует упомянуть про ещё одно преимущество ИПСК. Обычная головная боль трансплантологов – это отторжение пересаженных тканей, но с ИПСК об этом можно не беспокоиться – ведь исходный материал возьмут от самого пациента, и клетки, полученные из ИПСК, будут для его иммунитета «своими». Однако такие технологии пока еще не слишком дёшевы и требуют много времени для выполнения, а ведь в случае острых состояний иногда счет идет на дни и часы.Но оказалось, что эту проблему можно решить, если использовать для получения ИПСК не только свои клетки, но и донорские, подходящие по главному комплексу гистосовместимости (HLA, от английского «Human Leucocyte Antigens» – человеческие лейкоцитарные антигены).

Антигены HLA играют важнейшую роль в регуляции иммунного ответа на чужеродные антигены и сами являются сильными антигенами. По ним иммунитет определяет «своих» и «чужих», и несовпадение донора и реципиента по HLA приводит к отторжению пересаженных органов. Всего существует более 100 типов таких антигенов. Оказалось, что в случае с ИПСК донором может быть человек гомозиготный по определенному типу HLA, а реципиентом – гетерозиготный, то есть не обязательно искать абсолютно полного иммунного совпадения. Найти достаточное количество потенциальных доноров даже в не очень большой Японии – огромное дело. По словам профессора, это должна быть масштабная акция, в которой примет участие большая часть жителей страны. Но если удастся найти всего лишь 140 гомозиготных доноров, этого будет достаточно, чтобы обеспечить ИПСК 90% населения.