Сразу две исследовательские группы сообщили о поистине революционном открытии в области биологии, по сравнению с которыми «клонирование» обезьяны — лишь хорошо выполненный студенческий практикум.
Ученые университета Висконсина в Мэдисоне под руководством Цзюньина Юя и Джеймса Томсона из Центра генома в Висконсине и исследовательская группа из университета Киото, ведомая Синя Яманакой, практически одновременно сообщили о том, что им удалось перепрограммировать обычные человеческие клетки, создав линию плюрипотентных клеток, неотличимых от эмбриональных.
До сегодняшнего дня основной надеждой для нуждающихся в восстановлении тканей и органов были эмбриональные стволовые клетки.
процесс, в ходе которого клетки стойко реализуют потенции к развитию до конечного морфофункционального состояния.
Подобная специализация сопряжена с приобретением новых свойств – чаще всего это способность синтезировать различные вещества, но и неизбежно связана с потерей способности к делению, или к дифференцировке в другие клеточные типы.
Дифференцировка клеток происходит как в развивающихся, так и в зрелых тканях и характеризуется экспрессией части генома. Основа дифференцировки - синтез цито- и тканеспецифичных белков. Она запускается в условиях in vitro («в пробирке») индуктором дифференцировки - веществом, которое может стимулировать дифференцировку стволовых клеток и клеток-предшественников в определённом направлении.
Некоторые клетки обладют способностью к дедифференцировке - утрате клетками специфических свойств с возвращением их морфофункциональной организации к более примитивному состоянию.
«Клеточная трансплантология и тканевая инженерия»
Ключевое отличие эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) – плюрипотентность, т.е. способность дифференцироваться в один из известных 220 цитофенотипов человеческого тела. Это и делает их столь интересными и привлекательными не только для ученых, занимающихся фундаментальной наукой, но и для врачей, пытающихся вернуть безнадежно больным утраченные способности. Поэтому подобное открытие снимет еще и дополнительные этические проблемы, возникающие в клинической работе с клетками.
стволовые клетки выделяемые из ранних эмбрионов (а этапе бластоцисты или из полового зачатка 5-ти недельных эмбрионов) или тератокарциномы (опухолевой линии) in vitro. Они обладают рядом уникальных свойств, резко отличающих их от других клеток организма.
.Хотя концепция стволовой клетки была предложена Александром Максимовым в 1908 году для кроветворной ткани, статус большой науки эта область получила в последнее десятилетие ХХ века. Первая попытка лабораторного оплодотворения яйцеклетки млекопитающих датирована 1878 годом. Но лишь в 1959 году в США был получен первый кролик путем искусственного оплодотворения. Первые природные тотипотентные клетки человека оказались в руках экспериментаторов только в начале 60-х годов.
Уникальное свойство эмбриональных стволовых клеток – тотипотентность, то есть способность дать начало, по меньшей мере, 350 различным типам клеток, а также внеэмбриональным тканям (плацента, эмбриональные оболочки) и эмбриону в целом. Но большая часть исследователей считает ЭСК всё-таки плюрипотентны, т.к. на сегодняшний день ещё не удалось получить экстраэмбриональные ткани.
Кроме того, эмбриональная стволовая клетка отличается от других (взрослых) клеток тем, что, теоретически, для нее лимит делений неисчерпаем, и клетка может делиться бесконечно, но без образования злокачественной опухоли. Таким образом, второе важное свойство эмбриональных СК – фактическое бессмертие.
Итак, весьма заманчиво взять стволовую клетку, заставить ее пройти путь дифференцировки, получить из нее готовые ткани (органы) и пересадить их в живой организм. Какие же проблемы возникнут у экспериментатора на пути к осуществлению задуманного?
После того, как «выращен» трансплантат, возникает проблема иммунологической совместимости тканей трансплантата и реципиента. Каждый организм индивидуален и имеет набор генетических маркеров, по которым иммунная система распознает их: «свой» или «чужой».
Решить проблему антигенной несовместимости тканей можно двумя способами: либо внедряя гены будущего реципиента в культуру эмбриональных стволовых клеток на этапе выращивания органа (до сих пор этого никому не удавалось сделать), либо угнетая иммунную систему реципиента с помощью иммуносупрессоров. Последний метод имеет большое количество негативных последствий в связи с риском развития инфекционных осложнений, опухолеобразования и не гарантирует приживление трансплантата. Есть и третий вариант — пересадка трансплантата, который заведомо не столкнется с иммунной системой реципиента, например нейротрансплантация, успешно осуществляемая при болезни Паркинсона (преградой для иммунной системы служит гематоэнцефалический барьер).
Кроме того, у эбриональных стволовых клеток есть ещё одно негативное свойство - давать опухолевый рост при подсадке мышам с дефектной иммунной системой. И хотя работа антигенов тканевой совместимости в эмбриональной ткани снижена (что соответственно, будет давать менее выраженную реакцию отторжения при трансплантации), тем не менее вести речь о введении эмбриональных стволовых клеток следует только после их дифференцировки в специализированные ткани.
Подобные споры и боязнь того, что коммерческий интерес превозобладает над научным, привели к тому, что с 2001 года в Соединённых Штатах и в других странах мира работать с человеческими ЭСК можно только в научных целях и только государственным лабораториям.
Для того чтобы превратить обычные клетки в плюрипотентные, американские ученые внедрили в ядро набор из четырех генов.
Объектом стал обычный человеческий фибробласт кожи – легко доступная и получаемая культура, не обладающая свойствами стволовости, но, тем не менее, прекрасно делящаяся в пробирке.
это клетка, способная претерпевать асимметричное деление, в результате которого образуется одна клетка, идентичная материнской (самовоспроизведение) и вторая клетка, вступившая на путь превращения в клетку одного из более чем 220 известных цитофенотипов.
In vivo (в живом организме) клетка может стать и оставаться стволовой только в соответствующем микроокружении (клетки-соседи, межклеточное вещество). В культуре – при соответствующем составе культуральной среды и свойствах поверхности культурального сосуда; иногда необходимо присутствие других клеток – так называемых фидерных клеток.
Критерий «стволовости»:
1. Способность к неограниченному самовоспроизведению без изменения фенотипа и кариотипа.
2. Способность делиться симметрично или асимметрично.
3. Клоногенность, т.е. способность каждой ЭСК давать потомство, тождественное материнской клетке.
4. Способность к дифференцировке – потентность: тотипотентность, плюрипотентность, мультипотентность, олигопотентность, монопотентность.
5. Способность встраиваться в ткани донора после ауто- или аллотрансплантации.
У человека и млекопитающих выделяют: эмбриональные стволовые клетки, региональные стволовые клетки: пренатальные и постнатальные (взрослые) и зародышевые (герминальные) клетки.
Интересно, что киотская группа сообщает о тех же четырех генах, правда, их право на лидерство более существенно, ведь Яманака еще летом сообщал в Cell об открытии этих четырех генетических факторов плюрипотентности. Они даже говорили о возможности своеобразного клонирования мыши на основе полученных линий, причем работа была опубликована в одном из самых авторитетных научных журналов — Nature.
Японские ученые также внедрили эти гены во взрослые человеческие клетки, получив схожую с ЭСК клеточную популяцию. Правда, висконсинская группа уже сообщила о создании с помощью нового метода восьми новых клеточных линий. «Хорошо, что не одиннадцати», шутят биологи, намекая на скандальные результаты корейского профессора Хвана У Сука. Более детально об этой работе станет известно в конце декабря, когда планируется опубликование полных научных статей в Science и Cell соответственно.
То, что две параллельно работающие группы добились столь феноменального результата практически одинаковым способом, лишь подтверждает достоверность открытия.
Впрочем, небольшие отличия имеются. Яманака и его коллеги использовали те же гены, что были задействованы для клонирования мыши — OCT3/4, SOX2, KLF4 и c-MYC. То, что они сработали и у людей, удивило и самого японского профессора. Источниками клеток послужили 36-летняя женщина и 69-летний мужчина, а эффективность получения аналогов эмбриональных клеток составила примерно одна линия на 5 тысяч человеческих клеток.
Висконсинская группа не поверила в то, что «мышиные» факторы сработают, и попробовала выделить свои. Два из них совпали (OCT3/4 и SOX2), а два оказались иными — это NANOG и LIN28. Эффективность, правда, у американцев оказалась примерно вдвое ниже, несмотря на то, что клетки они брали от человеческого эмбриона и новорождённого мальчика.
Достижения американских и японских ученых позволят создавать клеточные линии с генетическим материалом пациента, а следовательно — без риска иммунологического отторжения. А если удастся подобрать достаточно безопасный способ пересадки этих четырех «генов плюрипотентности» в ДНК живых клеток, такой способ может стать рутинной процедурой во многих клиниках, обладающих простейшими лабораториями.
