Даже с учетом отрицательных результатов переливания крови собак, овец и обезьян человеку, а также попыток использовать вместо кровяной сыворотки молоко различных животных, трансфузиология остается одной из самых «удачных» областей практической медицины. За более чем три века развития её методы практически не изменились.
Кроме постепенного совершенствования инструментария последователи основателя этой области медицины Джеймса Бланделла «всего лишь» открыли группы крови, догадались разделять и использовать по отдельности составляющие этой жидкой соединительной ткани, консервировать их, а еще использовать физраствор и бесклеточные жидкости для восполнения потерянного объема.
Теперь в этот список можно смело включать создание красных клеток крови из эмбриональных стволовых.
Роберт Ланца, и так известный даже за пределами ученого сообщества, вместе с коллегами нашли способ вырастить эритроциты в культуре клеток.
клетки крови человека, позвоночных животных и некоторых беспозвоночных (иглокожих). Основной функцией эритроцитов является перенос кислорода из лёгких к тканям тела, и транспорт диоксида углерода (углекислого газа) в обратном направлении.
Кроме участия в процессе дыхания, они выполняют в организме также следующие функции: участвуют в регулировке кислотно-щелочного равновесия; поддерживают изотонию крови и тканей; адсорбируют из плазмы крови аминокислоты, липиды и переносят их к тканям.
Обычно эритроциты имеют форму двояковогнутого диска и содержат в основном дыхательный пигмент гемоглобин. У некоторых животных (например, верблюда) эритроциты имеют овальную форму.
Содержимое эритроцита представлено главным образом дыхательным пигментом гемоглобином, обусловливающим красный цвет крови. Однако на ранних стадиях количество гемоглобина в них мало, и на стадии эритробластов цвет клетки синий; позже клетка становится серой и, лишь полностью созрев, приобретает красную окраску.
Важную роль в эритроците выполняет клеточная (плазматическая) мембрана, пропускающая газы, ионы и воду. На поверхности липопротеидной мембраны находятся специфические антигены гликопротеидной природы – агглютиногены – факторы систем групп крови (на данный момент изучено более 15 систем групп крови: AB0, резус фактор, Даффи, Келл, Кидд), обусловливающие агглютинацию эритроцитов.
Эффективность функционирования гемоглобина зависит от величины поверхности соприкосновения эритроцита со средой. Суммарная поверхность всех эритроцитов крови в организме тем больше, чем меньше их размеры. У низших позвоночных эритроциты крупные (например, у хвостатого земноводного амфиумы – 70 мкм в диаметре), эритроциты высших позвоночных мельче (например, у козы – 4 мкм в диаметре). У человека диаметр эритроцита составляет 7,2–7,5 мкм, толщина – 2 мкм, объём – 88 мкм2.
Тем не менее один «недостаток» у них всё-таки есть: они не делятся.
Собственно, изучение развития эритроцитов и вообще клеток крови и стало первой теорией стволовых клеток. Ещё в 1908 году, ровно сто лет назад, Александр Максимов предположил существование гипотетического «предшественника», а несколько десятилетий спустя клетку гемангиобласт выделили из костного мозга.
Из этой клетки-предшественника образуются не только красные и белые кровяные тельца, но даже эндотелий, выстилающий все без исключения кровеносные сосуды. До недавнего времени на практике удавалось воспользоваться только двумя последними возможностями. Клетки-предшественники эндотелия провоцируют рост сосудов, позволяя лечить нарушения кровоснабжения. Лейкоциты же с успехом применяют в разнообразных «клеточных вакцинах» благодаря их способности активно делиться.
А вот с выращиваньем из предшественников красных кровяных клеток долго ничего не получалось.
происходит в костном мозге черепа, ребер и позвоночника, а у детей – еще и в костном мозге в окончаниях длинных костей рук и ног. Прежде чем выйти в кровь, эритроциты последовательно проходят несколько стадий пролиферации и дифференцировки в составе эритрона – красного ростка кроветворения.
а) Из стволовых гемопоэтических клеток сначала появляется большая клетка с ядром, не обладающая характерным красным цветом – мегалобласт
б) Затем она окрашивается в красный цвет – теперь это эритробласт
в) уменьшается в размере в процессе развития – теперь это нормоцит
г) утрачивает ядро – теперь это ретикулоцит. У птиц, пресмыкающихся, земноводных и рыб ядро просто теряет активность, но сохраняет способность реактивации. Одновременно с исчезновением ядра по мере взросления эритроцита из его цитоплазмы исчезают рибосомы и другие компоненты, участвующие в синтезе белка.
Ретикулоциты попадают в кровеносную систему и через несколько часов становятся полноценными эритроцитами.
Такая экономия позволяет разделить функции эритроцитов в пространстве: их воспроизводство – удел костного мозга, а вот в сосудах находятся уже полностью функционирующие клетки, которым не приходится конкурировать за место с молодыми.
Несмотря на многочисленные варианты «искусственной крови», эффективно заменить эритроцитарную массу в ежедневной клинической практике пока не удалось.
Дело не только в переносе газов: эритроциты участвуют в поддержании постоянства кислотности и вязкостных свойств крови. Так что до сегодняшнего дня единственным способом оставались заготовка и консервация донорской крови, безусловно, не успевающие справиться с возрастающими потребностями «индустрии».
Попытки вырастить эритроциты из стволовых клеток также предпринимались, но оставались неудачными: даже если в результате деления получался предшественник, специалистам никак не удавалось заставить его избавиться от ядра.
Ланца и его коллеги с успехом справились с этой задачей.
И не только с ней.
Они предложили выращивать эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) в соответствующем микроокружении: в данном случае – на полученных из костного мозга стромальных клетках, формирующих в организме соответствующую «нишу». Вкупе с «коктейлем» факторов роста, направляющих развитие в нужную сторону, это привело Ланцу к появлению сначала упомянутых выше гемангиобластов, а потом – и красных кровяных телец.
обладают свойством плюрипотентности, то есть они могут дифференцироваться в любые клетки, из которых состоит организм – клетки эндодермы, мезодермы и эктодермы. Это свойство отличает их от мультипотентных стволовых клеток, которые могут дифференцироваться лишь в различные специализированные клетки того или иного типа.
Тем не менее, из плюрипотентной клетки не может развиться полноценный организм, поскольку из неё не могут появиться клетки, необходимые для такого развития, внешние по отношению к эмбриону – например, клетки плаценты. Клетки, которые могут дифференцироваться и в клетки плаценты называются тотипотентными. В человеческом организме таковой является зигота – продукт слияния яйцеклетки и сперматозоида в процессе оплодотворения, а также клетки двух последующих стадий дифференцировки – бластомеры и эмбриобласты.
В-третьих, отсутствие ядра и сопутствующая неспособность к делению – залог спокойствия потенциальных реципиентов, ведь способность к формированию опухолей до сих пор остается одной из главных научных преград на пути к использованию продуктов ЭСК.
Тем не менее, авторам публикации в Blood ещё есть над чем работать. Для начала они планируют увеличить выход, составляющий от 10 до 100 миллиардов клеток на одну материнскую колонию ЭСК. То, что заняло у ученых несколько недель, в организме происходит за несколько минут: ежесекундно красный костный мозг выбрасывает в русло около 2,5 миллионов эритроцитов.
Кроме того, состав эритроцитов, как и следовало ожидать, оказался близок к эмбриональным, а не к взрослым. Дело в том, что к 4–5 месяцу после рождения гемоглобин постепенно заменяется с фетального на взрослый. Конечно, происходит это не в каждом эритроците в отдельности, а за счет смены поколений клеток крови. В описанном выше эксперименте ученые получили фетальный, хотя в некоторых случаях содержание полноценного бета-глобина достигало 20%.
Перспективы самые заманчивые. Ведь теперь можно сэкономить на многочисленных тестах на вирусы, бактерии и прочие трансмиссивные инфекции, не обладающих, ко всему прочему, стопроцентной эффективностью и достоверностью.
Проблемы пока две: запрет на практическое применение ЭСК и их продуктов, а кроме того – отсутствие клеточной линии, дававшее бы идеальные донорские эритроциты первой (О) группы крови, а такие клетки можно переливать любому человеку.
Хотя если предположить, что ЭСК когда-либо все-таки внедрят в клиническую практику, начнется это именно с воспроизводства эритроцитов: клетки без ядра практически не несут никакой генетической нагрузки, а потому их введение максимально безопасно для реципиента. По крайней мере, в сравнении с другими технологиями, предлагаемыми на сегодняшний день.
Однако пока до практического использования эмбриональных стволовых клеток ещё очень далеко. И, например, в России проблема донорской крови стоит острейшим образом.
Особенно сейчас. В августе многие доноры уезжают в отпуск, а детские болезни не знают отпусков и каникул, доноры нужны каждый день многим детям. От этого зависит их жизнь в самом прямом смысле. Если вы в состоянии сдать кровь для больных детей, вы можете обратиться в организацию «Доноры - детям», обратившись к координатору донорской программы по телефону в Москве (495) 5172286 или по электронной почте info@donors.ru. Здесь вам объяснят, какие есть рекомендации и противопоказания к донорству и дадут адреса больниц и станций переливания.
Доноры всё ещё нужны.
