Больная кожа развилась в кровь

Учёные сделали из больных клеток кожи здоровые клетки костного мозга

J.C. Izpisua Belmonte
Мечта лечить врождённые болезни генной терапией почти осуществилась. Взяв у больных недоразвитым кроветворением клетки кожи, учёные исправили в них генетический дефект, перевели их в стволовое состояние и заставили дифференцироваться в клетки — предшественницы крови. Осталось лишь пересадить их в костный мозг пациента.

Иногда хочется себе представить жизнь ученых и врачей прошлого века: вооружившись сначала знаниями о бактериальной природе многих из неизлечимых болезней, а через несколько десятилетий и антибиотиками, они по праву могли чувствовать себя могущественными волшебниками, творящими историю. Нам, наверное, повезло не меньше: от фундаментальных открытий в биологии до практического внедрения в медицине может пройти всего лишь несколько лет, большая часть из которых будет проведена в поиске побочных эффектов и осложнений.

Буквально полтора года назад две исследовательские группы сообщили о создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPCs), способных превращаться в любую клетку человеческого тела под действием управляющих сигналов. Мечтам и планам не было концам: тут тебе и искусственные ткани и органы, и коррекция врожденных аномалий, и замещение отживших своё или дефектных клеток.

В общем, все те надежды, которые возлагали на эмбриональные стволовые клетки десять лет назад, но без двух проблем, присущих последним: во-первых, вопрос иммунологической совместимости для iPSc не стоит – их получают из фибробластов кожи самого пациента, во-вторых, снимаются этические проблемы – по крайней мере те, что связаны с использованием эмбриональных и фетальных тканей.

Сегодня Хуан Карлос Исписуа Бельмонте и его коллеги продвинулись на один шаг ближе к этим радужным мечтам:

с помощью упомянутой технологии они получили клетки, способные при введении пациентам с врожденной анемией Фанкони полностью восстановить нормальное кроветворение.

Особенность врожденных заболеваний в том, что генетический дефект есть во всех клетках организма, но для функционирования одних клеток он критичен, для работы других – нет. Например, мутации в гене дистрофина сказываются на мышечных клетках, но не вызывают нарушений в работе клеток крови. То есть при лечении изменять геном всех клеток нашего организма нет необходимости – достаточно вмешаться лишь в ключевую систему; ну и ещё неплохо было бы изменить геном половых клеток, дабы «вредные» мутации не передались детям.

В случае с мышцами, костями или той же нервной системой представить себе настолько масштабное генно-инженерное воздействие, которое бы затронуло все клетки, пока не получается. Система кроветворения, напротив, идеальный пример для демонстрации новых технологий такого плана.

Её особенность в центральном ростке, красном костном мозге, где и образуются все клетки «белой» и «красной» крови.

Как предсказывали Паппенгейм и Максимов, авторы самой теории стволовой клетки, именно там располагается единый предшественник, в течение всей нашей жизни обновляющий популяцию клеток крови. В 1961 году это удалось наглядно подтвердить трансплантацией костного мозга облученным мышам, клетки крови которых через некоторое время полностью замещались на потомков пересаженных предшественников.

Собственно, трансплантация красного костного мозга и сейчас остается единственным методом борьбы с дефектами кроветворения – будь то тяжелые врожденные иммунодефициты, та же анемия Фанкони или последствия радиоактивного облучения. Проблема лишь в подборе донора, ведь в случае пересадки есть риск развития даже не привычной реакции «хозяин против трансплантата», а куда более тяжелой «трансплантат против хозяина»: после пересадки роль «защитников» берут на себя потомки пересаженных клеток. И «чужеродность» они оценивают по себе.

Теоретически можно попробовать выделить клетки-предшественники у самого пациента из красного костного мозга или крови, восстановить их врождённый генетический дефект, а потом посадить обратно. Но любая манипуляция с мультипотентными клетками чревата потерей их свойств.

Здесь-то авторы публикации в Nature и вспомнили про феномен индуцируемой плюрипотентности, когда способность к превращению в любую клетку нашего тела присваивается обычному фибробласту кожи после трансплантации всего лишь четырех генов – OCT4 (POU5F1), SOX2, KLF4 и c-MYC.

Так и сделали ученые: сначала они восстановили генетический дефект в фибробластах, полученных у пациентов, а потом превратили их в вышеупомянутые iPCs.

Такой порядок действий позволил избежать сразу двух проблем — нестабильности генома клеток при анемии Фанкони и возможной потери плюрипотентных свойств. Авторы отмечают, что сделать это небольшое «лабораторное чудо», остающееся пока вершиной биотехнологии, им удалось лишь для трёх из шести образцов, выделенных у больных анемией Фанкони.



Генетически скорректированные фибробласты выдают себя свечением зелёного флуоресцирующего белка (GFP), добавленного к «пересаживаемым» генам для контроля их встройки и экспрессии в клетке. Эти клетки затем были перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные клетки (iPCs, см. головную иллюстрацию к заметке), способные, в свою очередь дифференцироваться в здоровые гематопоэтические стволовые клетки, из которых в пробирке удаётся получить красные и белые клетки крови; внизу как раз и показаны колонии будущих эритроцитов. // J.C. Izpisua Belmonte

Генетически скорректированные фибробласты выдают себя свечением зелёного флуоресцирующего белка (GFP), добавленного к «пересаживаемым» генам для контроля их встройки и экспрессии в клетке. Эти клетки затем были перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные клетки (iPCs, см. головную иллюстрацию к заметке), способные, в свою очередь дифференцироваться в здоровые гематопоэтические стволовые клетки, из которых в пробирке удаётся получить красные и белые клетки крови; внизу как раз и показаны колонии будущих эритроцитов. // J.C. Izpisua Belmonte

Зато из полученных «псевдоэмбрионов» в этих трех случаях удалось получить как эритроидный («красный»), так и миелоидный («белый») ростки крови. И тот же успех удалось повторить и для другого источника – кератиноцитов, клеток эпителия кожи.

Правда, всё это пока только in vitro: пересаживать «отремонтированные клетки» пациентам, у которых те были взяты, учёным пока никто не позволит.

Безусловно, до ближайших клинических испытаний пройдёт ещё немало времени. Но с учетом того, что трансплантация костного мозга – проверенная и надежная «клеточная технология», да и выбора у больных анемией Фанкони особенно нет, внедрения вышеописанного метода ждать меньше, чем, к примеру, генной терапии заболеваний нервной системы. Когда бы это ни произошло, мы уже стали свидетелями, как историю медицины делают на наших глазах.