Генетика может победить старость

Возможность перепрограммирования дифференцированных клеток, формирующих тело взрослого организма, в клетки, обладающие свойствами эмбриональных, то есть способных к преобразованию в большинство других типов клеток, была впервые продемонстрирована командой японских ученых.

Команда была под руководством Синьи Яманаки в 2006 году. Эта способность эмбриональных клеток называется плюрипотентностью (от английского слова pluripotency), а клетки, ею обладающие, соответственно, плюрипотентными. Это открытие явилось настоящим научным прорывом, поскольку позволяет получать эти особые клетки без использования эмбрионов.

Технология получения плюрипотентных клеток из взрослых и уже дифференцированных клеток человеческого тела как бы возвращает эти клетки в "детское", эмбриональное состояние, но при этом сохраняет характерный для каждого организма набор генов, то есть их индивидуальную принадлежность. Такой скачок в исходное состояние дает возможность использовать собственные ткани пациента, например, при пересадке органов. За счет сохранения генетической информации, присущей конкретному организму, решается проблема отторжения пересаженных тканей и отпадает необходимость принимать иммунодепрессанты. Это значит, что в будущем можно будет заменить поврежденную или пораженную ткань человека на точно такую же ткань этого пациента, только здоровую. Это решит проблему терапии множества неизлечимых на сегодняшний момент болезней.

Иммунодепрессанты - лекарственные средства, искусственно угнетающие иммунологические реакции организма. Они применяются для лечения аутоиммунных заболеваний, опухолей и для предупреждения отторжения трансплантатов. Однако их применение часто сопровождается побочными явлениями - так, они угнетают кроветворение, могут активировать вторичную инфекцию (например, грибковые заболевания полости рта и кожи), а при длительном применении способствовать развитию злокачественных новообразований

Впервые индуцированные, то есть образованные под действием каких-либо специальных факторов, плюрипотентные клетки, называемые сокращенно ИПСК (iPS-cells), были получены для мышей. Годом позже ученые добились успеха в получении человеческих плюрипотентных клеток, взяв за исходный материал клетки соединительных тканей организма (называемые фибробластами). До настоящего времени этот процесс не является высокоэффективным и зависит от многих факторов, включая возраст, тип и происхождение клеток. Под занавес уходящего 2008 года объединенная группа ученых из Испании, Италии и США опубликовала в Nature статью "Эффективная и быстрая генерация индуцированных плюропотентных клеток из человеческих кератиноцитов", признанную в декабрьском (2008) номере журнала Science "одним из главных достижений года". В ней исследователи доказали возможность генерирования ИПСК из особого типа человеческих клеток, образующих внешний защитный барьер на поверхности кожи или ее производных, например волос и ногтей. Новый метод перепрограммирования клеток, взятых из человеческой кожи, является в 100 раз более эффективным и вдвое более быстрым по сравнению с уже существующим.

Суть метода состоит в том, что сначала клетки, полученные от человеческой крайней плоти, выращивались в бессывороточной среде с низким содержанием кальция, которая поддерживает клетки в делящемся и недифференцированном состоянии. Следующий этап - "вынужденное" внедрение определенных генов. Этот процесс происходит при помощи вирусных переносчиков, называемых на научном жаргоне векторами. Именно векторы доставляют необходимый генетический материал до "места назначения". Эти вирусные векторы, относящиеся к классу РНК-содержащих вирусов, содержали четыре ключевых гена плюрипотентности, известных ранее из работ японских ученых: OСT4, SOX2, c-MYC и KLF4 (каждый ген обычно называется сокращенно тремя первыми буквами от его полного названия). Попадая в клетку, чужеродная ДНК вируса включается в генетический аппарат клетки и с помощью ее обменных механизмов начинает синтезировать "свой" белок. 50 тыс. клеток были заражены таким образом, а затем обработаны разрушающим клетки ферментом и посеяны на специальную питательную среду, обычно используемую для выращивания эмбриональных клеток. На 10-й день после заражения вирусными векторами исследователи смогли отчетливо различить скопления клеток, по своей морфологии неразличимые от эмбриональных стволовых клеток. Клетки из этих колоний давали положительную реакцию в тесте с щелочной фосфатазой, что является одним из самых надежных указателей на плюрипотентность клетки. Вместе с этим клетки также демонстрировали работу специфичных генов и наличие на поверхности мембраны факторов (маркеров), присутствующих у обычных человеческих эмбриональных стволовых клеток. Более того, эти новые клетки потеряли маркеры, типичные для клеток человеческой кожи.

Стволовые клетки - особые клетки живых организмов, которые способны впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию) и превращаться в клетки со специальными функциями, такие как клетки сердечной мышцы или инсулин-синтезирующие клетки поджелудочной железы

Стремясь использовать в своих интересах высокую производительность перепрограммирования, ученые также проверили, могут ли плюрипотентные клетки быть образованы из небольшого количества биологического материала. Одиночные волосы были выщипнуты у шести взрослых людей в возрасте от 28 до 35 лет (пятерых женщин и одного мужчины). Каждый волос был помещен в среду, используемую для выращивания эмбриональных клеток, на диск, покрытый специальным гелем, облегчающим прилипание клеток и образование клеточного монослоя. Изолированные таким образом клетки были заражены всё теми же вирусными векторами. В четырех случаях процесс образования ИПСК был успешно индуцирован. Для одной из этих клеточных линий была продемонстрирована возможность спонтанно дифференцироваться, образуя, например, клетки, выстилающие внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, или клетки сердечных мышц, способные к сокращениям. Такая возможность служит лучшим доказательством того, что перепрограммирование клеток действительно "возвращает" их в "эмбриональное" состояние.

Продолжение возможностей этой методики, или следующий шаг, напоминающий страницы из фантастического романа, - появление у человечества реального шанса избавиться от старения. Высокий уровень развития диагностики поможет выявить на самом раннем этапе связанные с возрастом нарушения работы органов или тканей, а применение технологии плюрипотентных клеток - исправлять эти нарушения с помощью клеточной терапии. Таким образом можно поддерживать организм в "рабочем" состоянии на протяжении длительного времени, что фактически равнозначно действию так давно и безуспешно разыскиваемого "эликсира молодости".