Как омолодить стволовые клетки
Генно-инженерные методы, позволяющие пересадить клетке лишний ген, помогают вернуть постаревшим стволовым клеткам прежние восстановительные способности.
Клетки нашего тела со временем стареют и выходят из строя. То, что наши органы не перестают при этом работать, заслуга стволовых клеток, запас которых мы сохраняем в течение всей жизни. В последнее время стволовые клетки активно изучают, и популярность их только растёт, поскольку предполагается, что они откроют нам путь к регенеративной медицине.
В отличие от обычной, специализированной клетки – нейрона, гепатоцита, клетки эпителия и т. д. – стволовая не может ничего, кроме как делиться. Её потомство либо сохраняет родительские стволовые свойства, либо делает шаг в сторону специализации. Вообще у стволовых клеток есть множество разновидностей, среди них самыми бессмертными и самыми неспециализированными, если можно так сказать, являются эмбриональные стволовые клетки, которые могут делиться практически бесконечно и которые могут дать начало любой из более чем 200 разновидностей клеток нашего тела. Существуют и более специализированные стволовые клетки, которые обслуживают определённую ткань или орган. Например, гемопоэтические клетки дают начало клеткам крови, от иммунных до эритроцитов, но нейрон из стволовой клетки такого сорта не получится. Однако и такие отчасти специализированные стволовые клетки сохраняют способность к потенциально бесконечному делению. Наконец, ближе всех к обычным, специализированным клеткам стоят клетки прогениторные, или клетки-предшественники. Число делений у них уже ограничено, они уже необратимо встали на путь дифференцировки.
Хотя, по некоторым данным, даже во взрослом организме сохраняется какая-то небольшая доля абсолютно «всемогущих» клеток, напоминающих эмбриональные, всё же подавляющее большинство «взрослых» стволовых клеток в той или иной степени уже обладают специализацией. Каждая ткань, каждый орган располагают собственной популяцией стволовых и прогениторных клеток, которые могут, в случае чего, обновить стареющий клеточный состав. (Напомним, что даже в мозге удалось найти участки, где идёт образование новых нейронов, хотя процесс этот не настолько интенсивен, чтобы обновить мозг целиком.)
Стволовые клетки уже давно – и небезуспешно – пытаются использовать в медицинских целях. И речь не только о том, чтобы при тяжёлых ожогах просто заменять обожжённые участки кожи на новые, выращенные в пробирке. С помощью стволовых технологий можно создавать элементы сетчатки глаза и пересаживать её слепым, или же выращивать инсулин-производящие клетки поджелудочной железы – и пересаживать их диабетикам, или же выращивать новые нейроны – и пересаживать их тем, у кого случился обширный инсульт. В общем, перед стволовыми клетками открываются гигантские практические перспективы.
Но довольно быстро исследователи столкнулись с несколькими специфическими проблемами, связанными с клеточным «сырьём». Если брать «всемогущие» эмбриональные стволовые клетки, то здесь возникают трудности этического характера – можно ли разбирать человеческий эмбрион на запчасти? Сравнительно недавно эмбриональному материалу нашли замену, научившись обращать в недифференцированное, стволовое состояние обычные клетки организма. То есть теперь из эпителиальных клеток кожи стало возможным получить, например, нейроны – через промежуточное стволовое состояние. Заодно устраняются и иммунологические трудности, ведь «конечный продукт» пересаживают тому же человеку, у которого взяли «сырьё».
Но такая процедура чревата непредсказуемостью искусственных стволовых клеток, которые могут, например, переродиться в злокачественную опухоль (хотя оптимизация метода продолжается, и есть надежда, что такие клетки вскоре станут полностью послушными). Нельзя ли поступить проще, заставив работать собственные полуспециализированные стволовые клетки человеческого тела, которые, как мы помним, остаются с нами на всю жизнь?
Тут возникает новая проблема, связанная со старением. Хотя стволовые и прогениторные клетки сохраняют способность делиться, общий возраст организма сказывается и на них тоже. Научный проект Анастасии Ефименко из Московского государственного университета, называемый «Влияние факторов риска на стволовые и прогениторные клетки и процессы репарации и регенерации в организме», как раз посвящён тому, как старение и болезни влияют на свойства стволовых клеток. Исследователям удалось показать, что сердечно-сосудистые и метаболические болезни, такие, как ишемическая болезнь сердца и сахарный диабет, вкупе с возрастом ослабляют способность стволовых клеток делиться и синтезировать биоактивные молекулы, необходимые для регенеративных процессов. Что понятно – ведь болезни бьют по всем клеткам органа, в том числе и по тем, которые должны этот самый орган восстанавливать.
То есть, если речь идёт о клеточностволовых методах для пожилого пациента, то мы должны точно представлять себе, что его стволовые клетки могут, а чего не могут. И нам нужно знать, чем болел человек, какой образ жизни вёл, и каким факторам риска были подвержены его стволовые и прогениторные клетки. Иными словами, необходим персонифицированный подход, о котором в современной медицине говорят всё чаще. Так что не будет преувеличением сказать, что проект про стволовые клетки, получивший на днях премию правительства Москвы для молодых учёных, находится на передовом крае современной биотехнологической науки.
Но если нам удалось выяснить, что стволовые клетки чувствуют себя ввиду возраста не очень – не можем ли мы их как-то омолодить? Такие возможности активно исследуются. (В качестве примера можно привести прошлогоднюю работу сотрудников Стэнфордского университета, опубликованную в Nature Medicine, в которой авторы на примере мышей описали способ омоложения мышечных стволовых клеток через один из клеточных сигнальных путей.) В таких случаях важно знать, что именно следует ремонтировать, какие молекулярные процессы требуют вмешательства. Эксперименты А. Ефименко и её коллег показали, что возраст и болезни сильнейшим образом влияют на белок VEGF, или фактор роста эндотелия сосудов – стволовые клетки перестают его синтезировать и оттого их стволовые свойства изрядно ухудшаются.
Если клеткам ввести дополнительный ген VEGF, то они омолодятся; проявляется же это, среди прочего, в том, что модифицированные стволовые клетки и клетки-предшественники активней стимулируют рост сосудов и восстанавливают кровоток в ишемизированных тканях. Исследователи разрабатывают и другие генетические инструменты для клеточного ремонта, а те, что уже есть, успешно прошли большинство этапов доклинических испытаний. Однако дальше, к сожалению, дело не идёт – клинические исследования натыкаются на отсутствие должных законов, которые регулировали бы клеточные эксперименты в клинике, сколь бы перспективны в смысле общественной пользы они ни были.
