Исследование американских учёных открывает новые возможности для терапии рака с использованием стволовых клеток крови. Николай Кукушкин рассказывает об этом и других новых открытиях, связанных со стволовыми клетками.

Пересадка стволовых клеток из костного мозга после радио- или химиотерапии — на сегодняшний день самый надёжный метод борьбы со многими формами рака крови.

Одной из основных проблем этого подхода является сложность размножения таких стволовых клеток — у здорового человека их количество мало меняется. Исследователи из Университета Пеньсильвании открыли механизм, благодаря которому стволовые клетки в костном мозгу поддерживают своё количество неизменным. Это исследование — только один из многих прорывов текущего года в области регенеративной медицины.

Взгляд в будущее

2013-й год в биологии можно назвать годом стволовых клеток. С другой стороны, уже в 2014-м такое определение почти наверняка покажется смешным. Современная медицинская наука чаще развивается не скачками, как бывает, когда про предмет известно очень мало, а непрерывным и лавинообразным по своей динамике процессом, в котором упорная работа тысяч учёных по всему миру неуклонно разъедает гранит науки. Так происходит, например, с биологией рака. В этой обширнейшей и разнородной области науки сложно выделить ключевые открытия. Несмотря на это, средняя выживаемость раковых пациентов выросла в шесть раз с семидесятых годов.

Что-то подобное происходит и со стволовыми клетками. Путь к регенеративной медицине — лечению болезней не «латанием дыр», а выращиванием «запчастей» — сложен и тернист. Обывателю может показаться, что учёные безуспешно бьются над решением какой-то критической проблемы, от которой зависит всё. Это могло бы быть правдой, если бы мы пытались разгадать некую загадку природы и найти спрятанный от нас ответ на чётко поставленный вопрос. На самом деле, ни ответа, ни даже вопроса, в сущности, не существует: научное сообщество пытается с нуля изобрести что-то, о чём природа никогда не слышала. И если уж на то пошло, у него это не так плохо получается.

В этом году количество потрясающих воображение научных работ, так или иначе посвящённых стволовым клеткам, бьёт все рекорды. Одни учёные печатают из них трёхмерные структуры на 3D-принтерах.

Другие выращивают на их основе зубы, почки, печень и даже «мини-мозги». Третьи разрабатывают методы, позволяющие одним щелчком превращать стволовые клетки в нервные.

В этом году впервые удалось получить эмбриональные стволовые клетки человека путём пересадки ядра из «взрослой» клетки. Из клеток, полученных подобным образом, когда-то была выращена овечка Долли и потом целый зоопарк менее разрекламированных, но более здоровых животных. Клонированных людей производить никто не собирается, но о перспективе выращивать из собственных (а значит, идеально совместимых с организмом) клеток кожи новые органы теперь можно рассуждать не только в контексте фантастического фильма.

Наконец, в 2013-м году стволовые клетки, полученные из взрослых доноров (а не из эмбрионов) впервые вышли за пределы лабораторий. Япония начала клинические испытания терапии макулодистрофии с использованием стволовых клеток. Совсем немного отстают от японских коллег исследователи и в других странах. Например, в Шотландии учёным уже выдано разрешение на производство синтетической крови (тоже основанное на использовании стволовых клеток), которая в дальнейшем будет тестироваться уже в клинике.

Эмбрионы и взрослые

Вообще говоря, «стволовая клетка» — это сборный термин, объединяющий несколько вещей, мало связанных друг с другом. Общей для всех стволовых клеток является способность специализироваться в различные типы клеток. В некоторых вариантах (как, например, в случае с эмбриональными стволовыми клетками) эта способность распространяется вообще на всё, что есть в организме: из одной оплодотворённой яйцеклетки в конечном итоге получаются и мышцы, и мозг, и кожа. В других случаях стволовые клетки могут давать начало только определённым типам тканей. Например, стволовые клетки крови в костном мозге дают начало и красным кровяным тельцам (эритроцитам), и, например, лимфоцитам, но вот сетчатку глаза или селезёнку из них вырастить не получится.

Различаются стволовые клетки и по происхождению.

Наиболее очевидный их источник — это человеческие эмбрионы. Эмбриональные стволовые клетки активно изучаются с восьмидесятых годов. В основном они берутся из неиспользованных эмбрионов, получаемых в процессе экстракорпорального оплодотворения. Использование эмбриональных стволовых клеток имеет ряд преимуществ, но оно связано с понятными этическими затруднениями. Кроме того, оно исключает возможность получения клеток и тканей, в точности соответствующих генотипу донора — ведь для формирования эмбриона нужно «перетасовать» гены от двух людей.

Большая часть громких исследований сегодня посвящена индуцированным стволовым клеткам, то есть искусственно созданным на основе «взрослой», уже определившейся со своей «профессией» клетки. Такие «профессиональные», или дифференцированные, взрослые клетки (например, клетки кожи) нужно сначала сделать недифференцированными — то есть заставить забыть «профессию». Изобретение этого процесса, кстати, было отмечено в прошлом году Нобелевской премией. Образующиеся в результате индуцированные стволовые клетки уже могут быть использованы для получения любых тканей и органов — по крайней мере в теории.

Стволовые клетки крови

На фоне исследований эмбриональных и индуцированных стволовых клеток работы, посвящённые более специализированным типам стволовых клеток, отходят на второй план. Тем не менее на сегодняшнем этапе развития медицины они имеют не меньшее, а возможно и большее значение. Наиболее очевидным примером являются стволовые клетки крови, расположенные в костном мозгу. Они используются при радиотерапии различных форм рака крови.

Стратегия в таких случаях в целом одинаковая. Рак — это заболевание, начинающееся, когда какая-то клетка — например, клетка крови — теряет контроль над собственным делением и начинает бесконтрольно размножаться. Облучение гамма-радиацией или мощная химиотерапия может уничтожить способность клеток размножаться и тем самым остановить прогрессирующий рак.

Но помимо раковых клеток «стерилизуются» и стволовые клетки, чьё деление необходимо для постоянного обновления нормальных клеток крови. Поэтому пациентам после радиотерапии необходима пересадка стволовых клеток из костного мозга. Существуют два варианта. При первом стволовые клетки берутся от самого пациента — до того, как его облучат радиацией. Это обеспечивает идеальную совместимость, но создаёт опасность возобновления рака, если изначальная проблема была связана с дефектными генами пациента — ведь после пересадки гены останутся теми же самыми. Второй вариант подразумевает пересадку клеток от совместимого донора — именно в поиске такого донора заключается его основная сложность.

Несмотря на то, что стволовые клетки крови в области регенеративной медицины находятся в тени более «мощных» стволовых клеток — эмбриональных и индуцированных — в текущем году и их исследования сделали шаг вперёд, причём совсем недавно. Одной из серьёзных проблем терапии, основанной на стволовых клетках крови, является ограниченность их количества: драгоценный костный мозг, полученный от донора, не бесконечен, а размножить стволовые клетки крови, в отличие от индуцированных или эмбриональных, — не так просто. Новое исследование учёных из университета Пенсильвании может в перспективе решить эту проблему.

Плодитесь и размножайтесь

Дело в том, что в организме поддерживается только определённое количество стволовых клеток крови. При их делении одна клетка остаётся стволовой, а вторая встаёт на путь дифференцировки. Такое деление называется асимметрическим. Медицинская же задача состоит в том, чтобы увеличить количество стволовых клеток, нужных для пересадки — но это можно сделать только в случае симметрического деления, когда из одной стволовой клетки получаются две. О том, чем именно достигается асимметрия деления, известно довольно мало.

Американские исследователи выяснили, что

стволовые клетки крови можно заставить делиться симметрично, если блокировать один из белков, участвующих в процессе деления — миозин II типа. Он участвует в образовании перетяжки между делящимися клетками. У человека существуют два варианта такого белка — миозин IIA и миозин IIB. Оказывается, в норме в процессе деления стволовой клетки миозин IIA одинаково распределён между дочерними клетками, а вот миозин IIB концентрируется только в одной из них.

Что такого особенного делает миозин IIB, не совсем ясно, но, по-видимому, он «перетягивает» в одну из дочерних клеток какие-то важные факторы, которые уже определяют, является ли клетка стволовой. Если генетически «отключить» миозин IIB, то деление становится симметричным: из одной стволовой клетки образуются две одинаковые!

Единственная проблема на сегодняшний момент заключается в том, что мы не умеем легко блокировать миозин IIB, не затронув при этом миозин IIA, который нужен для поддержания жизнеспособности клеток. В лаборатории этого можно достичь генетическими методами — что и сделали авторы исследования, — но вот на практике такой подход использовать сложнее. В идеале требуется получить вещество, которое могло бы заблокировать только один из двух типов миозина II. Пока что известно только соединение, которое одновременно блокирует оба варианта белка. Но даже оно при недолгом использовании даёт многообещающие результаты.

Оказывается,

некоторое время клетки могут выжить и без миозина IIA, а одновременная блокировка миозина IIB всё равно заставляет их делиться симметрично. Поэтому если вовремя снять блокировку (до того, как клетки начнут погибать), количество стволовых клеток увеличится. Но в перспективе специфический ингибитор миозина IIB может сделать «размножение» стволовых клеток рутинной процедурой — а его обнаружение при современных возможностях биологии является делом техники.

Открытие исследователей из Пенсильвании потенциально может сильно облегчить жизнь врачам и пациентам. Возможность относительно лёгкого размножения стволовых клеток означает, что количество биоматериала, забираемого у донора, можно значительно уменьшить. Теоретически возможность культивировать эти клетки означает, что перед пересадкой над ними можно проводить генетические манипуляции — например, отключать дефектные гены, из-за которых и возникает рак. Если такие методы появятся, то необходимость поиска совместимого донора отпадёт: лучше донора, чем сам пациент, найти невозможно, а любые проблемы с его клетками можно будет решить в пробирке.

Сегодня мало у кого остаются сомнения в том, что стволовые клетки — фундамент медицины будущего. Вопрос заключается только в том, когда на этом фундаменте будут выстроены реальные методы лечения. Судя по скорости развития этой области — ждать осталось совсем недолго.