Член-корреспондент РАН Л. И. Корочкин
Деловые стволовые

Интерес к стволовым клеткам возник потому, что появилась надежда с их помощью избавиться от разнообразных по происхождению, локализации и течению болезней, связанных с необратимым повреждением тканей и неизлечимых обычными способами. Это, например, болезнь Альцгеймера, при которой деградирует ткань мозга; диабет, вызванный порчей островков Лангерганса в поджелудочной железе; миопатия Дюшенна, при которой разрушается мышечная ткань; цирроз, связанный с перерождением печени, и множество других. Естественной регенерации в этих случаях не происходит, или она недостаточна. Лечить такие болезни трансплантацией органов тоже не всегда возможно. Идеальным выходом из положения была бы пересадка клеток, способных замещать повреждённые клетки и восстанавливать испорченные органы.

Однако и этот путь не прост. Большую часть любого органа взрослого организма составляют дифференцированные клетки, структура и функция которых окончательно определились. Они не способны делиться, и пересаживать их бессмысленно: даже если иммунная система реципиента их не отторгнет, они не смогут восстановить больной орган, его нервную и кровеносную инфраструктуру.

Стволовые клетки эмбриона в питательной среде
Рис. 1.  Стволовые клетки эмбриона в питательной среде (А). Через 10 дней из них формируются нейросферы (В) (Препарат Р.А. Полтавцевой, Институт биологической медицины РАМН)
Другое дело — клетки, способные к размножению. Они встречаются, вероятно, во всех органах. У некоторых способности к превращениям в клетки других типов и к размножению весьма ограниченны, и они не могут восстановить повреждения. Однако есть и менее дифференцированные клетки с большим потенциалом развития — это выяснилось в последние годы. Их назвали стволовыми, потому что из них, как ветви из ствола дерева, получаются клетки многих других типов. На них-то и возлагают сейчас огромные надежды врачи. Предполагается, что в тех случаях, когда клетки, ткани или органы необратимо повреждены, можно будет брать стволовые клетки донора или самого больного, размножать их в искусственной среде и вводить в организм. Там они должны дать начало непосредственным предшественникам дифференцированных клеток разных типов, чтобы те делились, превращались в специализированные и замещали утраченные.

Стволовых клеток очень мало, и выделить их непросто. Легче всего их получить из крови или костного мозга. Кроме того, источником стволовых клеток может быть плацентарная кровь, которая сейчас пропадает без всякой пользы. Стволовые клетки независимо от происхождения можно замораживать и длительное время хранить в банках клеток.

Уже давно известно об эмбриональных стволовых клетках, или ЭСК. Это клетки зародышей, находящихся на самых ранних стадиях развития. Они дают начало всем тканям и органам взрослого организма; могут превращаться, например, в нейробласты, из которых затем образуются нейроны, или в эпидермобласты, которые образуют кожу.

Долгое время учёные предполагали, что клетки с таким широким потенциалом существуют только на самых ранних этапах эмбрионального развития. Но вот гистолог Александр Яковлевич Фриденштейн в 70-е годы прошлого века открыл, что и во взрослом организме в костном мозгу есть клетки, способные давать различные производные, например эритроциты или лейкоциты, в зависимости от условий.




Рис. 2.  Клетки, развивающиеся в нейральном направлении, окрашенные с использованием специфических маркёров. а, б — реакция на fi-тубулин (тёмная окраска); в, г — реакция на нейрофиламенты. (Препарат Е.А. Щегельской, Институт криобиологии НАЛУ, Харьков)
До него считали, что у клеток красной крови свой источник, своя стволовая клетка, у клеток белой крови — свой источник и так далее, а ему удалось опровергнуть это мнение. Он доказал, что и эритроциты, и лейкоциты могут образовываться из одних и тех же недифференцированных клеток.

А в последние годы выяснили, что клетки, способные развиваться в самых разных направлениях, сохраняются во многих органах взрослого организма. Они есть даже в головном мозгу. Это особенно удивительно, поскольку долгое время биологи и врачи повторяли: „Нервные клетки не восстанавливаются“. Нельзя сказать, что весь мозг нафарширован стволовыми клетками, но есть области, где они концентрируются, — это субвентрикулярная область и гиппокамп. Стволовые клетки можно оттуда изолировать и выращивать (культивировать) в определённой среде, где они размножаются. Затем с помощью разных веществ-индукторов вызывают их дифференцировку в разных направлениях, то есть превращение в различные морфологически и функционально определившиеся клетки. Можно, например, подействовать на них ретиноевой кислотой и заставить дифференцироваться в нейробласты или подобрать другой набор индукторов, и тогда они превратятся в клетки глии, питающие и обслуживающие нейроны.

В последнее время появляются совсем удивительные данные о том, что такие производные можно получить не только из стволовых клеток головного мозга, но и из так называемых стромальных стволовых клеток костного мозга. Мы с коллегами из харьковского Института криобиологии показали, что стромальные клетки мышей и даже человека можно культивировать и, воздействуя на них ретиноевой кислотой, превращать в клетки нервной ткани, в частности нейробласты и глиобласты (рис. 2). Мы установили это с помощью маркёров — специфических белков, которые свойственны только нервным клеткам или только глиальным. У них, как и у любых других клеток, разные гены экспрессируются по-разному, и в результате появляются разные белки. Такие белки можно определить с помощью меченых антител.

В общем, мы убедились, что дифференцировка стволовых клеток в нейральные действительно происходит. Это очень важно, потому что такие клетки можно использовать для трансплантации: выделить их, причём не у донора, а у самого пациента (например, из ребра), вызвать их дифференцировку и получить набор клеток, которые можно затем ввести в головной мозг.

М.А. Александрова (Институт биологии развития) вводила стволовые клетки мозга человека крысам. Эти клетки спокойно выживают, мигрируют, куда надо. Если они окажутся в мозжечке, то способны к превращению в клетки Пуркинье, специфичные для этого отдела мозга (рис. 3).

Для того чтобы пересаживать стволовые клетки, их нужно уметь опознавать, выделять и подсчитывать. Дифференцированные клетки определяют под микроскопом по форме и по цвету после специальной окраски. А вот стволовые, или так называемые прогениторные, клетки (клетки-предшественники, образующиеся на следующем этапе дифференцировки), или властные клетки (они образуются из прогениторных клеток), морфологически различаются плохо, и с ними работают по-другому.

Я уже упоминал, что у них, как и у всех других клеток, есть специфические белки-маркёры. По ним-то и можно определить, что это за клетка стволовая, прогениторная, глиобласт, нейробласт, эпидермобласт или что-то ещё. Есть специальные приборы, проточные цитофлуориметры-сортеры, которые разделяют на группы клетки, меченные флуоресцентными метками.
Микросрезы мозжечка крысыМикросрезы мозжечка крысы
Рис. 3.  Микросрезы мозжечка крысы, иммуногистохимически окрашенные на калбиндин — маркёр клеток Пуркинье в мозжечке. Округлые тёмные образования вверху — клетки Пуркинье. Внизу — эмбриональные клетки мозга человека, трансплантированные крысе в мозжечок. а — голубым цветом выделены ядра трансплантированных клеток в ультрафиолете (флуоресцентный краситель — бис-бензимид). б — вытянутые незрелые клетки мигрируют из мест трансплантации на постоянные места. (Препарат А.В. Ревищина, Институт биологии гена, и М.А. Александровой, Институт биологии развития)
Например, если в клетке есть белок нестин, то это стволовая клетка. В прогениторных клетках — другой белок, виментин. В нейробластах — бета-3-тубулин и нейрофиламенты. В глиобластах — так называемый GFAP — глиофибриллярный кислый белок. Используя такой набор маркёров, можно определить эти клетки и подсчитать их количество.

Подобную работу мы проводили в нашей лаборатории вместе с лабораториями Геннадия Тихоновича Сухих из Института биологической медицины и Марии Анатольевны Александровой из Института биологии развития. У них хорошо налажено культивирование нейральных стволовых клеток человека, а мы изучали популяции, которые они получали в культуре: смотрели соотношение различных клеток, как они себя ведут, насколько гетерогенны. Попав в культуру, клетки собираются в скопления — нейросферы. В них есть клетки, развивающиеся как в нейрональном, так и в глиальном направлении (рис. 1, 4, 5, 6, 7)

Культура клеток мозга человеческого эмбриона
Рис. 4.  Культура клеток мозга человеческого эмбриона после 10-дневного культивирования в бессывороточной среде и 3-дневного — в среде с сывороткой. Нейросфера осела на дно, начала дифференцироваться. Слева — то, что осталось от нейросферы; оранжевые волокна — астроциты (глиальные клетки), окрашенные на глиофибриллярный кислый белок (GFAP). (Препарат А.В. Ревищина)
Дифференцировка — процесс необратимый, точнее, обратимый только на некоторых стадиях. Ей предшествует детерминация — определение клеточной судьбы. Оно происходит ещё тогда, когда нет внешних признаков дифференцировки, нет даже характерных для неё белков. И тем не менее наступает момент, когда судьба клетки уже определена. Это состояние предопределённости клеточной судьбы и носит название детерминации. Она проходит через несколько стадий, и в конце концов так называемая терминальная (последняя) стадия детерминации автоматически переходит в дифференцировку. На ранних этапах детерминация лабильна, то есть на неё можно повлиять. Скажем, клетка, детерминированная к развитию в направлении нейробласта, на какой-то стадии под влиянием специфических индукторов ещё может стать глиобластом. Но наступает момент, и детерминация становится стабильной, необратимой: пойти обратно она уже не может.


Рис. 5.  Микросрезы нейросфер. Слева — стволовые клетки, справа — предшественники астроцитов. (Препарат А.В. Ревищина)
Пока до конца неясно, с какими событиями на молекулярном уровне это связано. Мы с лабораторией Георгия Павловича Георгиева из Института биологии гена и группой Григория Николаевича Ениколопова из Института молекулярной биологии смогли приблизиться к пониманию молекулярных механизмов детерминации в одном конкретном случае. За детерминацию отвечают специфические гены, и детали этого процесса очень сложно выяснить.

Великий биолог Август Вейсман ещё в позапрошлом веке предполагал, что по мере дифференцировки разные клетки утрачивают различные части хромосом. А теперь мы знаем, что в кодирующей части ДНК никаких преобразований не происходит, но возможны изменения в её „незначащей“ части, особенно в так называемых коротких повторяющихся последовательностях (сателлитной ДНК). У дрозофилы есть несколько фракций таких последовательностей, и в разных органах может преобладать та или иная из них, а в некоторых они полностью отсутствуют.

Нейросферы. Антитела на GFAP с флуоресцентной меткой
Рис. 6.  Нейросферы. Антитела на GFAP с флуоресцентной меткой. (Препарат А.В. Ревищина)
Раньше считали, что это ненужная ДНК, мусор, но на самом деле от сателлитной ДНК многое зависит в функционировании генома. Во-первых, она иногда определяет время включения гена. Это может повлиять на начало образования органа, и он окажется гипертрофированным или недоразвитым. Во-вторых, от наличия повторяющихся последовательностей, по-видимому, зависит связывание ДНК с ядерной мембраной. А это также отражается на работе генов. Вставка или выпадение определённых участков генома способны привести к тому, что ДНК свяжется с мембраной в новом месте или, наоборот, оторвется от неё. Или ещё пример. Известно, что повторение некоторых триплетов (тринуклеотидов) вызывает различные заболевания, так называемые болезни экспансии. Одно из них — мозжечковая атаксия — тяжёлое заболевание нервной системы, при котором нарушаются движения больного.

Именно потому, что дифференцировка — сложный и плохо изученнный процесс, мне кажется неоправданным безмерный оптимизм в отношении клонирования млекопитающих. Тот небольшой процент успеха, который есть, связан, по-видимому, с тем, что в яйцеклетку иногда попадают ядра стволовых клеток. Попало ядро стволовой клетки — животное удаётся довести до взрослого состояния. Я могу повторить то, что уже писал для „Химии и жизни“: клонирование человека на запчасти — это маниловщина и способ выкачать как можно больше денег на работы, которые, возможно, имеют к этому делу лишь косвенное отношение. Я считаю, что назрело время, когда должно быть жёсткое законодательство и у нас, и за границей, чтобы Государственная Дума запретила всякие манипуляции с живыми человеческими зародышами. Это аморально и в научном отношении совершенно ненужно.

Нейросферы, обработанные меченными антителами
Рис. 7.  Нейросферы, обработанные меченными антителами к GFAP (красный цвет) и в-тубулину (зелёный цвет). (Препарат А.В. Ревищина)
Трансплантировать же больным эмбриональные стволовые клетки самых ранних зародышей (на стадии бластоцисты) тоже рискованно и часто вредно. Во-первых, эти ранние клетки подвержены генетическим нарушениям. Во-вторых, при трансплантации они вызывают гибель соседних клеток хозяина. И в-третьих, пересадка этих клеток, как правило, заканчивается образованием опухолей.

Так что гораздо лучше работать со стволовыми клетками взрослого организма. В идеале их нужно выделять у самого пациента, чтобы не было реакции отторжения и они лучше приживались. Удобнее всего — из костного мозга. Затем эти клетки могут развиваться в самых разных направлениях, если обрабатывать их определённым индуктором. Наборы таких индукторов известны ещё из экспериментальной эмбриологии, их десятки. Известно, чем нужно подействовать, чтобы началось развитие нервной ткани, кишечника и так далее. Многие из этих белков выделены в чистом виде.

Врачи, а теперь и общество ждут многого от трансплантации стволовых клеток. Конечно, это будет прорыв в медицине, который позволит излечивать многие болезни. Но пока нужно получше разобраться, что возможно и что невозможно делать стволовыми клетками. Без новых исследований тут не обойтись.

Химия и жизнь — XXI век

Статьи близкой тематики:
Восстановительная терапия будущего.  В. Смирнов.
Стволовые клетки: научные возможности, моральные барьеры.  Ю. М. Лопухин, С. А. Гусев.
Новое знание — новые опасности.  Л. Н. Скуратовская, М. Робра, B. C. Репин.
Стволовые клетки про запас.  Е. Лозовская.
Клетки для ремонта тканей.  М. Литвинов.
Поведение клетки, слезающей с ветки.  Кирилл Ефремов.
Запрет на клонирование Христа?  Игорь Лалаянц.


AthleticMed магазин спортивной медицины по низким ценам!
2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования