Многие из зверьков, которым при помощи вирусов внедряли гены, чтобы превратить их клетки в стволовые, уже через несколько недель заболевали раком. Причина этого, предположили ученые, была вовсе не в том, что их клетки перепрограммировали, а в том, что внутрь их были допущены вирусы.
В различных лабораториях разрабатывают всё новые методы «омоложения» взрослых клеток. Так, в 2009 году ученым из калифорнийского Института Скриппса и немецкого Института молекулярной биомедицины впервые удалось получить индуцированные стволовые клетки из фибробластов взрослых мышей, не внедряя им чужих генов. Внутрь клетки при помощи пептида вводили специально подобранную смесь протеинов, и тогда активность важнейших генов клетки менялась. Впрочем, протеины живут в клеточной плазме недолго, поэтому каждые несколько дней нужно заново повторять эту процедуру.
В 2010 году ученые из канадского университета Макмастера преобразовали клетку одного типа в клетку другого типа, не прибегая к промежуточному этапу – не превращая исходную клетку в стволовую. Из клеток кожи они напрямую получили клетки крови.
«Перепрограммирование, превращение взрослых клеток в плюрипотентные клетки, ведет к целому каскаду событий, в том числе и производству разного рода промежуточных клеток, – пишут авторы работы на страницах журнала “Nature”. – Часть этих промежуточных стадий образует колонии, которые по своей… морфологии схожи с кроветворными клетками».
После серии опытов канадские ученые обнаружили, что из клеток кожи можно выращивать красные кровяные тельца, а также клетки крови других типов – гранулоциты, моноциты и мегакариоты.
Клонирование овечки Долли породило большие надежды
В последующие годы ученые провели целую серию опытов, в которых клетки кожи людей разного возраста – от подростков до стариков – претерпевали то же превращение. Так было доказано, что этот метод действует в любом возрасте. Сколько бы ни было лет человеку, из его клеток кожи можно вырастить новые клетки крови. Сейчас ученые работают над получением клеток других типов из клеток человеческой кожи.
Со временем можно использовать этот метод для лечения пациентов, страдающих от рака крови или других заболеваний крови и костного мозга. У них будут забирать кусочки кожи и изготавливать из них клетки крови. Тогда, если мы научимся производить кровь из собственных клеток кожи пациентов, избавим их от трансплантации костного мозга и поиска доноров, что является нелегким занятием.
Но, несмотря на все эти успехи, многое в перепрограммировании клеток всё еще остается неясным. Поэтому снова и снова появляются сенсационные сообщения.
Так, в 2011 году международная группа исследователей обнаружила, что стволовые клетки со временем меняются – и ничего хорошего это не сулит. Что же заметили ученые?
Они проанализировали более ста образцов эмбриональных и индуцированных стволовых клеток, которые разводили в лаборатории, и выявили в их генетическом материале очень серьезные изменения. Так, в ДНК эмбриональных клеток оказались многочисленные копии некоторых фрагментов. В ДНК стволовых клеток, полученных путем перепрограммирования, почему-то исчезли несколько генов, отвечавших за подавление опухолей. Обычно они следят за тем, чтобы потенциальные онкогены оставались отключенными и клетка не перерождалась. Как пишет Луиза Лорент из Калифорнийского университета, «результаты нашей работы показывают, что у плюрипотентных стволовых клеток могут возникать генетические изменения». Самое неприятное, что их можно заметить только путем тщательного генетического анализа. Пока же качество стволовых клеток проверяют визуально – с помощью микроскопа.
Само по себе это открытие не стало неожиданностью для ученых – многие об этом догадывались. Ранее уже отмечались отдельные случаи заболевания раком пациентов, которых лечили при помощи стволовых клеток.
Кроме того, в последние годы выяснилось, что перепрограммирование клеток вовсе не так эффективно, как ожидалось. В принципе индуцированные стволовые клетки могут стать клетками любого типа. Но чаще всего они принимают свой прежний облик – становятся теми же самыми клетками, какими и были. Причина, по-видимому, кроется в отдельных генах, которые либо сохраняют свою активность после перепрограммирования, либо включаются потом.
Однако все эти проблемы не умаляют самого главного: лечение стволовыми клетками очень перспективно. Это – стремительно развивающееся направление современной медицины, важное средство борьбы со многими заболеваниями.
Клонирование: куда ведет этот путь?
В 1997 году, после того как было объявлено о рождении клонированной овечки Долли, многих охватила эйфория. Заговорили о скором клонировании человека. На первый взгляд сделать это было просто. Требовалось удалить из яйцеклетки ее ядро, пересадить туда чужое ядро, имплантировать яйцеклетку в тело приемной матери и вырастить эмбрион.
Однако в последующие годы многих исследователей охватило разочарование. На каждый удачный опыт с животными приходилось несколько сотен умерших эмбрионов. Выяснилось, что операция клонирования зависела от непонятных нам случайностей.
Дело в том, что главный ее этап – очищение яйцеклетки от находящихся в ней материнских генов – невыполним до конца. Ведь из нее удаляется лишь клеточное ядро, а митохондрии, также содержащие гены, остаются. Как оказалось, это очень осложняет развитие эмбриона.
Ведь на работу митохондрий влияют не только их собственные гены, но и гены, содержащиеся в ядре клетки, – влияют, активизируя различные протеины. При клонировании митохондриальные гены должны взаимодействовать с генами чужого клеточного ядра. Иногда они совместимы, иногда – нет. В опытах с животными ученым приходится подбирать яйцеклетку, наиболее совместимую с чужим ядром.
Еще больше хлопот доставляет перепрограммирование клеточного ядра, помещенного в яйцеклетку. Ведь в процессе клонирования ей придется совершить своего рода путешествие во времени, то есть всего за несколько часов перейти из взрослого состояния в эмбриональное.
Важным фактором перепрограммирования являются метильные группы – химические сигналы, отключающие (а иногда, наоборот, включающие) целые фрагменты ДНК. При нормальном оплодотворении вначале происходит метилирование отцовских генов, а затем – полное метилирование генома, образованного слиянием отцовских и материнских генов.
При клонировании этот процесс постоянно нарушается. Так, у некоторых эмбрионов повторное метилирование начинается слишком рано. Это меняет все генетические программы. Единственный выход – следить за процессом метилирования и, если отклонения наблюдаются уже на этой стадии, избавлять себя от ненужных хлопот: не имплантировать этот эмбрион, все равно он погибнет.
Однако работы продолжались. В начале 2008 года исследователи из «Stemagen Corporation» (Калифорния) впервые сумели с помощью клонирования получить эмбрион человека.
Методика была примерно той же, что при клонировании овечки Долли. Для начала ученые удалили у донорских яйцеклеток их ядра. Затем в эти яйцеклетки ввели генетический материал клеток кожи взрослого мужчины. Исследователи добились того, чтобы его ДНК прижилась в яйцеклетке. Разумеется, этому предшествовал целый ряд неудачных опытов. Но, в конце концов, образовалось несколько эмбрионов, являвшихся клоном этого мужчины. Опыт был доведен до стадии бластоцисты, или бластодермического пузырька, – той стадии, когда начинается дифференцировка отдельных групп клеток эмбриона.
«Это исследование в первый раз показывает, что трансфер клеточных ядер может быть использован для клонирования бластоцисты человека, осуществляемого путем перепрограммирования клеток взрослого человека», – пояснили сами исследователи на страницах журнала «Stem Cells». Так был сделан решающий шаг на пути к терапевтическому клонированию, методике, которая даст возможность в будущем лечить целый ряд тяжелых заболеваний.
Сейчас, когда речь заходит о клонировании, ученые часто говорят о «плохом» и «хорошем» клонировании. «Плохое» – это репродуктивное клонирование, «копирование» человека, любые попытки сотворить двойников ныне живущих и уже умерших людей, это тысячи эйнштейнов и брейвиков, выведенных из пробирки. «Хорошее» – это терапевтическое клонирование.
Под этим названием скрывается клонирование человеческих эмбрионов с целью последующего получения из них стволовых клеток. Из этих клеток можно вырастить практически все типы клеток, имеющихся в нашем организме. Это позволит наладить массовое производство запасных частей для человеческого тела. Позволит лечить, например, повреждения спинного мозга, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Запрещать терапевтическое клонирование, считают его приверженцы, так же бессмысленно, как запрещать операции по пересадке человеческих органов.
Трехмерные принтеры начинают все шире применяться в современной медицине
Этот вид клонирования можно использовать и для индивидуального лечения больных. Допустим, человек перенес инфаркт. Чтобы помочь ему, нужно забрать у него какую-либо клетку тела, клонировать ее и вырастить генетически идентичный эмбрион, чьи стволовые клетки использовать потом для выращивания клеток сердечной мышцы. Иммунная система не будет их отторгать.
Благодаря терапевтическому клонированию человеку, больному лейкемией, удастся получить клетки костного мозга, вырабатывающие красные кровяные тельца. Для этого опять же надо взять у него одну-единственную клетку и, клонировав, размножить ее. С появившимся у врачей запасом клеток можно приступать к лечению больного – отпадет необходимость в трансплантации ему костного мозга. Сегодня пациентам приходится месяцами, а то и годами ждать, когда появится донорский костный мозг.
Однако терапевтическое клонирование имеет множество противников, считающих эту процедуру «убийством будущих людей». Поэтому о перспективах его развития сейчас говорить трудно.