Китайским ученым удалось вырастить здоровых мышей из клеток кожи. В самом факте развития животного в лаборатории из одной клетки нет ничего необычного. Новостью это сообщение делает одна маленькая деталь: мыши были получены из клеток, которые называют возможной заменой эмбриональных стволовых клеток (embryonic stem cells – ES).
Бочка меда
Термином «эмбриональная стволовая клетка» обозначают особый тип клеток, который потенциально является «прародителем» всех возможных вариантов клеток организма. ES способны превращаться в клетки мышц, кожи, поджелудочной железы, нервной системы и т.д. (это свойство ES получило название плюрипотентности). Более того, из одной ES может развиться целый организм. Самым известным примером ES является оплодотворенная яйцеклетка.
Считается, что ES обладают «волшебными» свойствами по двум причинам. Во-первых, в их цитоплазме присутствует особый набор веществ, а во-вторых, ДНК ES модифицирована иначе, чем ДНК «обычных» клеток.
Способность пойти по разным путям развития есть не только у ES: в организме существуют другие типы стволовых клеток. Они тоже могут превращаться, но набор конечных стадий у них ограничен. Абсолютная универсальность превращений есть только у ES.
ES быстро замелькали в заголовках научных и медицинских публикаций. Интерес исследователей легко понять: научившись управлять развитием ES, они смогут выращивать из одной или нескольких клеток целые органы. Причем эти органы можно пересаживать, не опасаясь отторжения, так как они состоят только из клеток пациента.
Ложка дегтя
Энтузиасты использования ES называют их идеальным лекарством от всех болезней. Однако вероятность, что это лекарство в обозримом будущем войдет в арсенал медиков, невысока. Для того чтобы изучить свойства ES в достаточной мере для внедрения в практику, необходимо провести еще сотни тысяч экспериментов. Возникает вопрос, где взять столько ES? Как следует из названия, источником эмбриональных стволовых клеток является эмбрион. А источником эмбриональных стволовых клеток человека является человеческий эмбрион.
Убийство эмбрионов человека ради проведения научных экспериментов, очевидно, является недопустимым. Более того, во многих государствах запрещена даже работа с абортивным материалом. В поисках альтернативного ресурса ESC ученые освоили производство цитоплазматических гибридов. Их получают, пересаживая ядра клеток человека в клетки других организмов, из которых предварительно были удалены собственные ядра. Этические нормы в отношении цитоплазматических гибридов слабее, чем в отношении «чистых» эмбрионов (хотя в некоторых странах их использование также запрещено). Однако результаты, полученные на гибридах, нельзя однозначно переносить на «нормальные» системы.
Новая надежда
Первое сообщение о создании аналога ES появилось в 2006 г. Научной группе под руководством японца Синъя Яманаки (Shinya Yamanaka) удалось превратить в стволовую клетку обычный фибробласт – клетку соединительной ткани. Сделать из фибробласта универсального предшественника позволили четыре гена: Oct-3/4, SOX2, c-Myc и Klf4. Все они кодируют белки, относящиеся к классу транскрипционных факторов (ТФ). Функция ТФ заключается в регуляции работы ДНК.
Синъя Яманака и коллеги выбрали именно эти ТФ, заключив по итогам ряда экспериментов, что именно они определяют основные свойства ES, т.е. отвечают за их универсальность. Для введения генов ТФ в ядра фибробластов ученые использовали метод ретровирусной трансфекции. Генетический материал был помещен в геном ретро-вируса, из которого предварительно были вырезаны гены, определяющие его патогенность. Ретровирусы легко проникают в ядра и встраивают свой геном в геном клетки-хозяина, поэтому их часто используют в качестве «транспорта».
Часть трансфицированных фибробластов потеряла характерные для этих клеток морфологические признаки (дедифференцировалась). Дедифференцировка свидетельствует, что фибробласты вернулись в первоначальное состояние, однако в полноценные ES они не превратилась. Проверкой на подлинность является создание химер – существ, в телах которых присутствуют клетки от нескольких организмов. Химер получают подсадкой клеток одного вида в эмбрион другого вида. Клетки, полученные Яманаки в 2006 г., жизнеспособных химер не давали. Ученый продолжил свои эксперименты, изменив критерии отбора дедифференцировавшихся фибробластов. В 2007 г. его группе удалось подобрать условия, при которых трансфицированные фибробласты образовывали жизнеспособные химеры. Одновременно вышло еще две работы с аналогичными результатами, выполненные в независимых лабораториях.
Новый тип клеток был назван iPS (Induced pluripotent stem cells – индуцированные плюрипотентные клетки). iPS казались очень перспективными, так как для их получения не требовалось проводить этически противоречивых процедур. Но необходимо было доказать, что по своим свойствам iPS абсолютно аналогичны ES и способны не только существовать в химерах, но вырастать в полноценный организм.
Авторам двух новых работ это удалось. Обе группы использовали метод тетраплоидной комплементации. На первой стадии ученые попарно сливают вместе несколько iPS. В итоге образуются тетра-плоидные клетки – клетки, у которых вдвое больше хромосом, чем обычно. Такие клетки могут развиться только в плаценту. На следующей стадии к ним подсаживают «обычные» iPS. Если итоговая конструкция развивается в эмбрион – тест пройден.
Группе исследователей из Шанхайского университета Цзяо Туна (Shanghai Jiao Tong University) удалось успешно провести тетраплоид-ную комплементацию для трех выведенных ими линий iPS. Полученные эмбрионы были подсажены мышам – суррогатным матерям. Часть родившихся мышей были абсолютно здоровы (одна даже оказалась долгожительницей), а некоторые родили мышат, которые впоследствии тоже стали родителями. Способность давать плодовитое потомство является одним из самых важных признаков здоровья животного. Ученые из Национального института биологических наук в Пекине (National Institute of Biological Sciences in Beijing) получили сходные результаты на других линиях iPS. По заявлениям авторов, процент iPS, дающих полноценных мышей, был приблизительно таким же, как при использовании ES.
Для того, чтобы окончательно провозгласить iPS аналогом ES, необходимо провести еще множество экспериментов, подтверждающих, что с мышами все в порядке. В опытах китайских ученых некоторые мыши демонстрировали уродства и отклонения в развитии. Тем не менее, описанные работы можно с полным правом назвать прорывом.
Однако называть iPS заменой ES пока еще рано. Во-первых, безопасность iPS все еще под вопросом (один из трансфицируемых генов – c-Myc – является онкогеном). Во-вторых, их использование также связано с некоторыми этическими трудностями (например, добыв несколько клеток какого-либо человека, злоумышленник сможет создать его клоны). Сами авторы подчеркивают, что не собираются повторять свои результаты на людях. Но уже сейчас очевидно, что новые работы, даже выполненные на мышах, войдут в учебники.
Ирина Якутенко