Возможная революция в медицине стволовых клеток
В медицине стволовых клеток сделано революционное открытие. Ученые из медицинской школы при Стэнфордском университете сумели превратить клетки кожи мыши сразу в работающие нейронные клетки головного мозга, добавив для этого всего-навсего три гена. При этом удалось значительно ускорить процесс и избавиться от промежуточной стадии — предварительного превращения первоначальных клеток в плюрипотентные стволовые, без которых, как считалось раньше, превращаться из одного вида в другой клетки не могут.
«Мы напрямую превратили один тип клеток в совершенно другой, — заявил Мариус Вернинг, профессор патологии Стэнфордского университета, руководитель исследования и автор статьи о результатах революционных экспериментов, опубликованной в журнале Nature. — Они оказались полноценными и работающими нейронами, которые способны выполнять все те основные функции, которые выполняют нейроны в головном мозге». Превращение клеток кожи в клетки головного мозга произошло в течение всего лишь недели. При этом КПД оказался довольно высоким и составил 20%, т.е. каждая пятая клетка кожи превратилась в нейрон.
Сейчас ученые пытаются повторить опыт и с человеческими клетками. Много лет считалось, что клеточная специализация, или дифференциация, похожа на дорогу в один конец — плюрипотентные, т.е. способные развиваться по разным сценариям, эмбриональные стволовые клетки превращаются в клетки самых разных видов, однако по мере того, как дочерние клетки становятся все больше и больше специализированными и обретают свойства клеток нового вида, они также становятся и все больше изолированными. Процесс можно сравнить с ростом дерева, когда от ствола сначала отделяются ветки, а на них уже позднее вырастают листья.
Считалось также, что клеткам при помощи физиологических модификаций, которые называются эпигенетическими изменениями, уготовано стать каким-то одним типом клеток. Клетка кожи, думали до сих пор ученые, не может превратиться в нейронную клетку, так же как лист не может перебираться с одной ветки на другую. Однако с появлением в 1997 году овечки Долли, клонированной из взрослой клетки, ученые начали сомневаться в правильности этой теории.
Оказалось, что при определенных условиях специализированные клетки могут как бы избавляться от этих ограничений и вести себя как эмбриональные стволовые клетки. В 2007 году появилось сообщение о создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, или iPS клеток, т.е. обычных клеток, которые при помощи генетических изменений могут стать стволовыми и вырастать в клетки любой ткани. Чудо-клетки получили из клеток кожи человека после того, как в них ввели четыре белка, связанных со стволовыми клетками. Они отвечают за перенос информации с молекулы ДНК в структуру мРНК (транскрипцию), связывая специфичные участки ДНК, и называются факторами транскрипции. Как только клетки достигли плюрипотентного состояния, ученые заставили их превращаться в новый вид клеток.
Если вернуться к сравнению с деревом, то это превращение веток обратно в ствол. Вернувшись назад в эмбриональное состояние, клетки начинают развиваться в другой вид.
В 2008 году Дуг Мелтон из Гарвардского института стволовых клеток доказал, что у взрослой мыши можно перепрограммировать один тип клеток поджелудочной железы в другой, заразив клетки группой вирусов, которые выражают всего лишь три фактора транскрипции. У некоторых ученых, включая Мариуса Вернинга, стали возникать сомнения в необходимости стадии плюрипотентных клеток. Для проверки своей гипотезы он вместе с коллегами стал заражать клетки кожи зародыша мыши специально отобранными 19 генами и следить за реакцией клеток. Переносчиком генов был лентивирус. Через 32 дня выяснилось, что некоторые из клеток кожи начали сильно напоминать нейронные клетки. Затем Вернинг сократил первоначальный список из 19 генов до трех, которые и отвечали за процесс превращения. Отобрав три важных гена, ученые повторили опыт, но теперь клетки кожи были взяты из хвоста взрослой мыши. Скорость превращения значительно возросла. Менее чем через неделю почти 20% клеток кожи превратились в нейронные. Они не просто были похожи на нейронные, но и вели себя как нейронные клетки.
На основании результатов экспериментов Вернинг предположил, что плюрипотентная стадия может быть вовсе не необходимой стадией процесса превращения одних клеток в другие, а всего лишь одной из форм состояния клеток. Если эксперимент закончится удачно и с клетками кожи людей, то из клеток кожи пациентов, страдающих, например, от болезни Паркинсона или болезни Альцгеймера, можно будет получать нейроны с генетическими дефектами, вызывающими болезнь, изучать их и испытывать на них лекарства.