Омоложение стволовыми клетками: наши ученые — о рисках развития рака после таких процедур

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: В последнее время уделяется много внимания разработке методов заместительной клеточной терапии, которые планируют применять для ранее невозможного лечения травм и заболеваний, в том числе наследственных. В основе некоторых потенциальных терапий лежит использование эмбриональных стволовых клеток, способных дифференцироваться в клетки любой ткани взрослого организма. Но желаемый эффект лечения стволовыми клетками достигается далеко не всегда: люди с параличом конечности или парой морщинок на лице после терапии не могут даже встать с постели и обнаруживают кости в веках глаз. Что же заставляет клетки «сходить с ума»? Из этой статьи вы узнаете, как сложные эпигенетические механизмы не только обеспечивают успешную дифференцировку эмбриональных стволовых клеток, но и порой заставляют их превращаться в опухоль.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Спонсор конкурса — : крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Подготовка к процедуре мезотерапии

Чтобы процедура мезотерапии была наиболее эффективна, во время прохождения курса нужно придерживаться нескольких правил:

1. Минимизировать воздействие ультрафиолета на кожу и использовать солнцезащитный крем с уровнем SPF не менее 40 единиц.
2. Отказаться от использования препаратов, разжижающих кровь.
3. Не посещать сауну и баню.
4. Снизить физическую нагрузку. Перед сеансом и после него лучше отказаться от фитнеса.
5. Не употреблять алкоголь.

Чей, простите, бьютиблог?

На какой именно ступени формирования зародыша можно выделить эмбриональные стволовые клетки (ЭСК)? Здесь мы только вихрем промчимся по этапам раннего эмбрионального развития, а подробности можно найти в статье «Как сделать нейрон из фибробласта?» [1]. После оплодотворения зигота делится митозом и на четвёртый день становится морулой, на пятый — бластоцистой, которая состоит из внутренней клеточной массы (ВКМ) и трофэктодермы, а на седьмой она уже готова к имплантации в плаценту [2] (рис. 1).

Рисунок 1. Этапы предимплантационного развития эмбриона человека. Фазово-контрастные изображения развития человеческого эмбриона с дня (d) 0 до дня 7. Белая стрелка указывает на ВКМ, серая — на трофэктодерму.

[2]

Рисунок 2. Иерархия стволовых клеток. ФСК — фолликулярные стволовые клетки, МСК — мезенхимальные стволовые клетки, ГСК — гемопоэтические стволовые клетки, НСК — нейральные стволовые клетки

[44]

ЭСК — это клетки, полученные из ВКМ. Они могут неограниченно делиться и дифференцироваться во все типы клеток эмбриона и взрослого человека. Эту способность называют плюрипотентностью [3] (рис. 2). Плюрипотентность ЭСК породила большие надежды на то, что при введении в организм пациента они смогут восстановить или заменить утраченные функции органа или ткани. Этот подход, называемый клеточной терапией, можно было бы использовать для лечения множества заболеваний, например, болезни Паркинсона, диабета и травм спинного мозга [3].

Но использовать ЭСК неэтично, потому что их добывают из эмбрионов человека, а также трудно, так как они отторгаются организмом пациента после трансплантации [4]. Чтобы преодолеть эти препятствия, K. Takahashi и S. Yamanaka получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) , о чём в 2006 году была опубликована статья в Cell [5]. Для этого в соматические клетки фибробластов ввели гены четырёх транскрипционных факторов: Oct4, Sox2, c-Myc, и Klf4. В результате изменились экспрессия генов и эпигенетическая картина генома, обеспечивающая фенотип дифференцированной клетки.

ИПСК тоже хотят использовать для клеточной терапии, но пока их применение ограничивается созданием клеточных линий-моделей для изучения редких генетических заболеваний и проверки эффективности лекарств от них. О получении, применении и ограничениях на использование ИПСК написано в статье «Нобелевская премия по физиологии и медицине (2012): индуцированные плюрипотентные стволовые клетки» [6]. А в статье «Была клетка простая, стала стволовая» [7] более подробно описан эксперимент Шиньи Яманаки и функции транскрипционных факторов, с помощью которых группа японского учёного перепрограммировала соматические клетки.

Множество типов клеток многоклеточного организма с одним и тем же набором генов образуется именно из-за различий в их экспрессии, которая зависит от эпигенетической картины генома. После каждого деления материнской клетки дочерние клетки могут сохранять или не сохранять её эпигенетическую картину. Если после деления дочерняя клетка дифференцируется, её эпигенетическая картина меняется, из-за чего она обретает новый фенотип [8]. Так путем дифференцировки из массы одинаковых ЭСК образуются специализированные клетки всех тканей нашего организма [3].

Структура гена и эпигенетические модификации

Создание РНК с матрицы ДНК в клетке контролируется регуляторными последовательностями ДНК, расположенными на краях генов: промоторами, энхансерами и сайленсерами. Промоторы находятся рядом с геном и состоят из основного и проксимального (ближнего) промоторов. Основной промотор нужен для инициации транскрипции, а проксимальный — для регуляции интенсивности транскрипции. Энхансеры и сайленсеры находятся на расстоянии множества тысяч пар нуклеотидов от гена и регулируют активность промоторов [9] (рис. 3).

Рисунок 3. Структура гена

[9]

Регуляторные последовательности позволяют клетке повышать, подавлять, а то и вовсе останавливать или активировать экспрессию своих генов посредством особых белков — транскрипционных факторов (ТФ) [9]. Но контроль экспрессии вовсе не прерогатива сайленсеров и промоторов: большую роль также играет изменение с помощью эпигенетических модификаций доступности хроматина для связывания с ТФ (подробности в статье «Эпигенетика: невидимый командир генома» [10]).

К эпигенетическим модификациям относятся ремоделирование хроматина, посттрансляционные модификации гистонов, метилирование нуклеотидных оснований ДНК. В частности, метилирование именно промотора и энхансера в большинстве случаев подавляет экспрессию генов, хотя метилирован может быть любой участок ДНК [11].

Ремоделирование хроматина заключается в удалении и передвижении белками-ремоделлерами нуклеосом, которые состоят из коровых гистонов и намотанной на них ДНК и препятствуют связыванию других молекул с полинуклеотидом. Распределение нуклеосом в геноме неоднородно: они плотно расположены внутри гетерохроматина, но их мало на регуляторных последовательностях и транскрибируемых генах [12] (рис. 4). Посттрансляционные модификации гистонов (о которых есть материал в статье «Пилюли для эпигенома» [13]) изменяют не только сродство нуклеосом к ремоделлерам хроматина, но и сродство гистонов к ДНК [14].

Рисунок 4. Схема организации хроматина. ДНК оборачивается вокруг октамера гистонов, образуя нуклеосому. Хроматин может образовывать петли, удерживаемые когезином или другими белками. Цепочка нуклеосом уплотнена в топологически ассоциированные домены хроматина, которые взаимодействуют на больших расстояниях и образуют компартменты хроматина, которые могут быть транскрипционно активными (А) и неактивными (В). Интерфазная хромосома состоит из нескольких компартментов, которые вместе образуют территорию хромосомы.

[14]

Коровые гистоны подвергаются ацетилированию, метилированию, фосфорилированию, убиквитилированию (об убиквитине читайте в статье «Вездесущий убиквитин» [15]), сумоилированию (больше о модификации со странным названием смотрите в статье «SUMO: японская борьба или уникальная посттрансляционная модификация?» [16]), дезаминированию и т.д. Чаще всего у гистонов встречаются ацетилирование, метилирование и фосфорилирование [8].

Как это работает? Например, ацетилирование лизина меняет заряд АМК с положительного на нулевой, что, вероятно, ослабляет взаимодействия ДНК с белком и преобразует плотно упакованный хроматин в открытую для транскрипции молекулу. Ацетилирование гистонов требуется для дифференцировки эмбриональных клеток [8]. Метилирование лизина и аргинина увеличивает положительный заряд и гидрофобность АМК [17]. Влияние на экспрессию гена зависит от того, сколько метильных групп присоединено к аминокислоте и какая аминокислота метилирована. Баланс между метилированием и ацетилированием в области энхансера и промотора гена определяет уровень его экспрессии [8].

Фосфорилирование увеличивает общий отрицательный заряд хвоста гистона, препятствуя взаимодействию с ДНК. В стволовых клетках фосфорилирование гистонов участвует не только в ремоделировании хроматина, но и в репарации поврежденной ДНК во время дифференцировки [8].

Помимо коровых гистонов, есть ещё несколько вариантов линкерного гистона Н1. Время их экспрессии в клетке и сродство к хроматину, видимо, играют важную роль в развитии. Более слабое связывание линкерных гистонов с хроматином способствует созданию тотипотентности и поддержанию плюрипотентности клеток ранних эмбрионов, а также дифференцировке [18].

Эпигенетические модификации регулируются транскрипционными факторами. Некоторые из них как раз использовались K. Takahashi и S. Yamanaka для получения ИПСК из фибробластов [19].

Подробное описание

Самые начальные клетки человеческого организма – это стволовые клетки. Они образуются сразу после зачатия в оплодотворенной яйцеклетке. Способность становиться любой клеткой – это основное их отличительное качество, так называемая полипотентность. Стволовые клетки зародыша, пока он растет, образуют его мозг, печень, желудок, сердце. Даже после рождения в организме ребенка их еще очень много, но с каждым годом их становится меньше, к 20 годам у человека практически отсутствуют стволовые клетки. Это научно доказанный факт. Но взрослому эти клетки тоже необходимы – они всегда заменяют пораженные в случае болезни какого-либо органа. На протяжении жизни органов с заболеваниями становится гораздо больше, а вот стволовые клетки уменьшаются, поэтому человек старится.

Транскрипционные факторы

Гены транскрипционных факторов (ТФ) занимают от 3 до 10% генома эукариот. ТФ влияют на транскрипцию генов, присоединяясь к регуляторным последовательностям ДНК с помощью ДНК-связывающего домена. ДНК-связывающий домен распознает последовательность нуклеотидов промотора, формируя между ней и остатками своих АМК водородные связи и Вандерваальсовые контакты. Нуклеотидные основания заключены внутри двойной спирали, поэтому большинство ТФ связываются с большой бороздкой ДНК [20] (рис. 5). Сродство ТФ к промоторам обусловлено взаимодействиями с сахарно-фосфатным остовом, в том числе позитивно заряженных аминокислот с фосфатами.

Рисунок 5. Иллюстрация большой и малой бороздок на примере siRNA (small interfering RNA) — малой интерферирующей РНК.

адаптировано из [20]

Общие ТФ помогают РНК полимеразе II связываться с основным промотором, способствуют раскручиванию ДНК, переходу от инициации транскрипции к удлинению цепи РНК [9], [21]. С проксимальными промоторами связываются ТФ, которые изменяют сродство основного промотора к РНК-полимеразе. Так, транскрипционный фактор Oct4, который использовался для перепрограммирования соматических клеток в ИПСК, связывается с промоторами своих генов-мишеней и может как способствовать транскрипции, так и подавлять её [2]. С энхансерами и сайленсерами связываются ТФ-активаторы или ТФ-репрессоры транскрипции [9]. Репрессоры и активаторы могут соревноваться за один и тот же сайт-мишень ДНК или блокировать действия друг друга [22].

ТФ взаимодействуют напрямую или через другие белки с помощью доменов белкового взаимодействия (protein interaction domains) , стабилизируя транскрипционный комплекс и повышая интенсивность транскрипции [21], [22]. Чтобы поддерживать плюрипотентность ЭСК, Oct4 тоже взаимодействует с другими ТФ: Sox2, Sall4, Zfp143 и пр., о чём подробнее расскажем ниже [4]. ТФ также связываются с белками-корегуляторами, которые могут активировать (коактиваторы) или подавлять (корепрессоры) экспрессию генов. Некоторые из них объединяют все участвующие в транскрипции молекулы подобно каркасу, некоторые — катализируют реакции эпигенетических модификаций. Известно, что без помощи корегуляторов не обходится и Oct4 [4], [22], [23].

Результаты

Те пациенты, которые проходили курсы омоложения стволовыми клетками в научно-исследовательских институтах, отмечали, что уже через три недели пропадала усталость, повышался тонус организма, появлялась острота зрения, немного разглаживались морщины, у мужчин наблюдалось повышенное либидо и улучшение потенции. Как видно, результаты терапии по ревитализации организма и в косметических клиниках, и в научно-исследовательских институтах совпадают, хотя методики у них абсолютно разные.

В НИИ используют специальный белок-фактор роста клеток, в косметических кабинетах – дополнительную мезотерапию. Все эти дополнительные инъекции и процедуры, которые идут вместе с уколами стволовых клеток, по словам врачей, направлены на подстраховку клиник от отсутствия результата лечения стволовыми клетками, т. к. мезотерапия и дополнительный белок уже давно известны как отличный и эффективный способ разглаживания морщин.

Специалисты по клеточной терапии умалчивают о том, были ли отрицательные результаты или вообще не было результата. А такие случаи есть, пациенты не замечали никаких изменений даже по прошествии 3-6 месяцев, но ни клиника, ни НИИ никак не возмещают затраты, т. к. они не дают гарантии, что организм найдет в себе силы для восстановления.

Фактор плюрипотентности Oct4

Cо временем исследователи пришли к мнению, что основными регуляторами транскрипции в плюрипотентных стволовых клетках являются транскрипционные факторы Oct4, Sox2 и Nanog. Рассмотрим, как эти ТФ справляются со своей задачей на примере Oct4 [4].

Связывающие октамер белки (Oct) — группа ТФ, которые специфически связываются с 8-нуклеотидной последовательностью ATGCAAAT [24]. Oct4 активирует экспрессию генов, поддерживающих плюрипотентность и самообновление СК, и в то же время подавляет экспрессию генов, способствующих дифференцировке, репрессирует специфичные для клеток конкретных тканей факторы транскрипции [4].

Есть группа мишеней, которые как активируются, так и подавляются в зависимости от уровня экспрессии Oct4. Но в основном этот ТФ однозначно выступает в роли либо активатора, либо ингибитора транскрипции своих генов-мишеней [4].

Посмотрим, что из себя представляют наиболее известные из генов-мишеней Oct4.
Таблица 1. Функции описанных генов и их связь с Oct4

Роль генов-мишеней Oct4 в дифференцировке ЭСК

Oct4 активирует экспрессию Utf1, Fgf-4, Zfp206, остеопонтина, miR-302 [4]:

• Utf1 (undifferentiated embryonic cell transcription factor 1) участвует в организации хроматина, поддержании скорости деления клеток, образовании тератом. ЭСК с пониженным уровнем Utf1 не могут дифференцироваться должным образом во время выхода из плюрипотентности [25], [26];
• Fgf-4 (fibroblast growth factor 4) первоначально считался онкогеном. Экспрессируется в определенных тканях эмбриона, поддерживает жизнеспособность бластоцисты, играет роль в росте и формировании развивающейся конечности [27];
• Zfp206 (zinc finger protein) экспрессируется во время эмбриогенеза, но отсутствует во всех взрослых тканях, кроме семенников. Сверхэкспрессия Zfp206 делает ЭСК устойчивыми к дифференцировке [28];
• Остеопонтин участвует в разрушении костной ткани, иммунных ответах, биоминерализации и заживлении ран. Сверхэкспрессируется при многих раковых заболеваниях, способствует миграции, инвазии и самообновлению раковых клеток [29], [30];
• miR-302 — кластер из восьми микроРНК. Специфически экспрессируется в ЭСК. Член этого кластера, miR-302a, ингибирует трансляцию циклина D1 (регулятор фазы G1 деления клетки) для поддержания особенностей клеточного цикла ЭСК [4].

Oct4 ингибирует экспрессию Cdx2, Stk40, Hand1, ХГЧ [4], [31]:

• Cdx2 (caudal type homeobox 2) необходим для образования трофэктодермы [4], [32];
• Stk40 участвует в образовании внезародышевой энтодермы у мышей [4];
• Hand1 (heart and neural crest derivatives-expressed transcript 1) играет роль в дифференциации клеток и развитии эмбриона. Начинает экспрессироваться во время предимплантационного развития; после имплантации экспрессируется только в плацентарных клетках трофобласта [32-34];
• Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) готовит эндометрий к имплантации, способствует успешной имплантации трофобласта в матку. Координирует взаимодействия между бластоцистой и тканями матки, регулирует ангиогенез и иммунитет [35].

Если судить об Oct4 по его влиянию на эти 9 генов, то напрашиваются некоторые выводы. Oct4 подавляет экспрессию генов, продукты которых способствуют образованию внезародышевых тканей трофобласта (Cdx2, Stk40, Hand1) и его имплантации в стенку матки (ХГЧ). А гены, активируемые Oct4, важны для дифференцировки клеток сразу после выхода ЭСК из плюрипотентного состояния (Utf1), развития эмбриона (Fgf4), поддержания плюрипотентности ЭСК (Zfp206, miR-302) [36] (рис. 6).

Рисунок 6. Экспрессия Oct4 в эмбрионе на ранних этапах развития.

адаптировано из [36]

При этом среди генов, положительно регулируемых Oct4, есть те, экспрессия которых способствует образованию раковых опухолей (Utf1, Fgf4, остеопонтин). Да и сам Oct4, который не экспрессируется в нормальных тканях взрослого организма, был обнаружен в некоторых раковых опухолях человека. Интенсивная экспрессия Oct4 способствует развитию опухолей, метастазированию и повышению смертности из-за рака. Но у людей, в опухолях которых экспрессия Oct4 умеренная или низкая, такого не наблюдается [37]. Это можно объяснить тем, что стволовые и раковые клетки имеют некоторые сходства, конкретно — способность клеток неограниченно делиться, которую Oct4 поддерживает в ЭСК [38].

Как это зависит от возраста

Если молодому организму для поддержания тонуса нужно примерно 20-35 миллионов клеток, то даме предпенсионного возраста с букетом болезней может быть недостаточным и 200 миллионов. По мнению специалистов, такая высокая цена оправдана, ведь выращивание клеток – процесс, требующий знаний и высоких технологий, а поэтому очень дорогой. Если вам предлагают такие процедуры по меньшей цене, то, скорее всего, эти препараты не имеют отношения к стволовым клеткам.

Есть, правда, государственные научные институты, там инъекции дешевле, но цена все равно стартует от 5 тыс. долларов США. В них пользуются стволовыми клетками костного мозга. Также в научных институтах используют и специальные факторы роста клеток – пептиды. Т. к. стволовые клетки при введении не могут найти поврежденный орган, указывают им путь белки, которые включают работу клетки организма, заставляя ее работать и искать средства самостоятельного выздоровления.

Авто- и кросс-регуляция транскрипционных факторов

Основной список генов-мишеней Oct4 не ограничивается перечисленными выше и состоит из 33 генов, которые часто кодируют факторы транскрипции (как и гены-мишени других факторов плюрипотентности, Sox2 и Nanog). Для того чтобы справиться с регуляцией такого большого числа генов, Oct4 взаимодействует с другими ТФ и корегуляторами [4]. Oct4, Sox2 и Nanog в ЭСК вместе занимают много регуляторных последовательностей их генов-мишеней, играют основную роль в поддержании плюрипотентности, активируют экспрессию друг друга [39]. Например, регуляторные последовательности многих генов-мишеней Oct4 содержат сайты, с которыми может связаться Sox2, отделённые от связывающего Oct4 сайта всего несколькими нуклеотидами, что говорит о тесном сотрудничестве этих ТФ.

Oct4 взаимодействует и с другими ТФ, поддерживающими плюрипотентность (Sall4, Zfp143, Zfp206, Esrrb, Dax1 и Tcfcp2l1). Некоторым из них (Esrrb, Tcfcp2l1 и Dax1) Oct4 помогает нацеливаться на общие сайты. Oct4 и ТФ плюрипотентности создают авторегуляторные и кросс-регуляторные петли [4]. При авторегуляции ТФ связывается со своим собственным промотором и либо активирует, либо репрессирует транскрипцию. Авторегуляция позволяет определять и контролировать концентрации ТФ в клетке без посредников, которых тоже нужно было бы регулировать. Кросс-регуляция — это регуляция экспрессии одного транскрипционного фактора другим [40], [41], (рис 7).

Рисунок 7. Взаимодействие Oct4 с ТФ. (A) Авторегуляция: начальный активатор транскрипции (HA; initial transcription activator) инициирует (И) экспрессию гена X (прямоугольник со стрелкой), который поддерживает (П) свою собственную экспрессию, напрямую связываясь со своим промотором. (B) Кросс-регуляция: активация экспрессии гена Y геном X.

адаптировано из [41]

Из-за того, что один только фактор плюрипотентности Oct4 имеет более трёх десятков генов-мишеней и сложную сеть взаимодействий с другими транскрипционными факторами, предсказание и тем более контроль поведения трансплантированных в организм пациента плюрипотентных клеток — очень амбициозная и пока открытая задача. К тому же Oct4, Nanog и Sox2 иногда экспрессируются в том числе в клетках раковых опухолей, а значит, могут способствовать развитию онкологических заболеваний [42]. Это может быть основным препятствием на пути применения ЭСК в клеточной терапии.

Хранение стволовых клеток

Стволовые клетки пуповинной крови, а также биологический материал, выделенный после сбора плаценты и пуповины, хранится в Криобанке. Здесь вы можете увидеть, как происходят все процессы, связанные с обработкой и хранением пуповинной крови, плаценты и пуповины, в нашем Криобанке.

После предварительной подготовки выделенные стволовые клетки подвергаются криозаморозке и сохраняются в специальных емкостях с жидким азотом любое количество времени. Как только они понадобятся владельцу, Криобанк выдаст их по первому требованию и доставит в полной сохранности в любую клинику, где будет использоваться биопрепарат. Все о хранении стволовых клеток пуповинной крови вы можете узнать на нашем сайте или у консультантов Криобанка Института клеточной терапии.
стволовыеклетки

Клеточная терапия сегодня

Несмотря на популярность темы терапии стволовыми клетками, случаев успешного лечения кого-либо ЭСК в литературе не описано. Неудивительно ведь чем больше путей дифференцировки открыто для клеток, тем серьёзнее могут быть побочные эффекты их введения в организм пациента.

Но даже последствия подтяжки лица введением более дифференцированных, чем ЭСК, мезенхимальных стволовых клеток (МСК), могут оказаться неожиданно тяжёлыми. Их на себе испытала жительница США после прохождения процедуры, суть которой состояла в извлечении МСК из жировой ткани клиента и возвращении их под кожу лица, особенно вокруг глаз. Косметологическая клиника явно не справилась со своей задачей: веко женщины нависло над правым глазом, область вокруг него опухла. Через 3 месяца американка пришла к врачам с жалобой на то, что не может открыть глаз без сильной боли и что каждый раз, когда она всё же поднимает веко, раздается резкий звук, похожий на щелчок крошечных кастаньет. Женщина легла под нож, и спустя шесть с половиной часов хирурги извлекли из её века и ткани, окружающей глаз, небольшие кусочки костей — именно они щёлкали из-за трения друг о друга. Как же так вышло, что кости оказались в таком неподходящем месте? Дело в том, что кроме МСК косметологи также ввели женщине кожный наполнитель против морщин, основным компонентом которого является гидроксиапатит кальция, запускающий костную дифференцировку МСК. Это пластические хирурги и не учли, подвергнув опасности здоровье своей клиентки.

А на что способны стволовые клетки с бо́льшим потенциалом? Ответ даёт случай, когда мальчику с атаксией-телеангиэктазией (врожденной нейродегенеративной болезнью) в московской больнице в мозг и его оболочки ввели нервные фетальные стволовые клетки (более дифференцированные, чем эмбриональные, но по своему «могуществу» от них не очень далекие) [43]. Через четыре года после этой операции у пациента обнаружили несколько очагов опухоли головного мозга. Молекулярные и цитогенетические исследования показали, что клетки опухоли отличны от клеток пациента, что позволяет предположить её развитие из трансплантированных СК.

Похожая история произошла с американцем Джимом Гассом. Мужчина хотел полностью реабилитироваться после инсульта, из-за которого у него ослабла левая нога и отнялась левая рука. Ради этого Джим искал лечение в клиниках различных стран, пока не остановился на Мексике, где ему инъецировали фетальные стволовые клетки, доставленные из России. Однако спустя какое-то время американца поразил паралич всего тела ниже шеи. На обследовании врачи обнаружили опухоль в нижней части его позвоночника, которая оказалась огромной массой кровавой ткани из слабо дифференцированных чужеродных клеток. По всей видимости, она и послужила причиной ухудшения состояния Гасса. Агрессивный рост опухоли доктора смогли только замедлить, но не остановить.

Теперь представьте, что случится, если ввести пациенту именно эмбриональные стволовые клетки. Страшно? Мне тоже. Хотя напрягать воображение не обязательно: введение СК лабораторным животным является стандартным методом их проверки на плюрипотентность. Не обошёлся без него и вышеупомянутый эксперимент Шиньи Яманаки.

Почему же трансплантированные стволовые клетки ведут себя «неадекватно»? Причиной служит то, что они оказываются в несвойственной для себя обстановке. Деление и дифференцировка СК регулируются сложной системой взаимодействий с межклеточным веществом и соседними клетками, а при искусственном введении СК в организм нужное окружение зачастую не создается, и клетки теряются среди незнакомых им сигналов, что может приводить к усугублению состояния пациентов.

Есть только один тип СК, который научились совершенно безопасно применять в медицине — гемопоэтические стволовые клетки (ГСК), прародители клеток крови. Если пациент имеет мутацию, которая вредит кроветворению, ему можно пересадить ГСК донора или его собственные ГСК. Во втором случае клетки предварительно изымают и исправляют мутацию с помощью генной инженерии .

О симбиозе генной инженерии и медицины рассказывает спецпроект Биомолекулы «Генная терапия».

Но как лечить заболевания, не связанные с кроветворением, если другие СК использовать небезопасно? Лечить глубокие раны, восстанавливать хрящ, создавать роговицу и хрусталик можно, если изъять дифференцированные клетки, ещё способные к делению, размножить их в лаборатории и вернуть обратно. Если подходящих для лечения конкретного заболевания клеток в организме нет, можно взять у пациента СК и в лаборатории создать условия, при которых они стали бы дифференцироваться в нужные клетки. Таким образом исследователи предлагают получать клетки для лечения диабета, болезни Паркинсона, лейкоза, восстановления сетчатки. Однако СК в организме взрослого человека обычно недостаточно для клеточной терапии. Данную проблему могли бы решить ИПСК, но технология их получения пока недостаточно эффективна: успеха с плюрипотенцией достигает крайне немного клеток, и в опытах на животных было показано, что они тоже вызывают иммунный ответ. Возможно, это связано с тем, что репрограммирование провоцирует мутации.

Вероятно, из-за необходимости развития регенеративной медицины мы будем вынуждены создавать более совершенные технологии получения плюрипотентных стволовых клеток и контроля их поведения в организме пациента. А здесь уже не обойтись без изучения механизмов поддержания плюрипотентности ЭСК, в которых большую роль играют транскрипционные факторы, в том числе Oct4.

Стволовые клетки пуповинной крови: преимущества

Главная особенность стволовых клеток пуповинной крови — они могут быть аутологичными. Родители, сохранившие пуповинную кровь (а часто также пуповину и плаценту) родившегося ребенка, обеспечивают ему пожизненную страховку на случай тяжелого заболевания или травмы. Ежегодно в мире совершаются новые открытия в медицине, связанные с возможностями применения биопрепаратов стволовых клеток. Поэтому в будущем ребенок, имеющий такую «страховку», получит лекарство от множества возможных болезней. Так как выделенные стволовые клетки являются аутологичными, при трансплантации не возникнет иммунного конфликта и новые клетки не будут отторгаться организмом.

Одно из преимуществ сбора пуповинной крови — полная безопасность и безболезненность процесса. Получение стволовых клеток из этого биологического материала, а также из пупочного канатика и плаценты, не противоречит никаким этическим нормам.

Аутологичные стволовые клетки можно использовать не только непосредственно для ребенка, из крови которого они выделены. Они также в некоторых случаях могут подойти для лечения его родных братьев и сестер, иногда — кого-либо из родителей, ведь есть вероятность иммунного сходства с родными донора.

Из сохраненных стволовых клеток также можно получить биопрепарат, который используют в косметологических целях и в геронтологии для омоложения организма.

Итак, главные преимущества сбора и хранения клеток пуповинной крови и плаценты:

• Безопасность и доступность сбора в любом роддоме.
• Полное иммунное сходство при дальнейшем использовании.
• Возможность использования клеток для близких родственников.
• Этичность и гуманность: при выделении клеток организм не страдает и для него нет никаких рисков.