Наука - Ремонт и изготовление тканей из клеток заказчика

И нервные клетки восстанавливаются
Подводя итоги достижений биологии в XX веке, журнал Science поставил получение первых линий эмбриональных стволовых клеток человека на третье место после открытия структуры ДНК и расшифровки генома человека.

В 1985 году кореянке Хванг Ми Сун было 17 лет, когда из-за травмы спинного мозга ее ноги полностью парализовало. Осенью 2004-го врачи клиники университета города Ханванг под руководством профессора Ким Джей Мина ввели в ее спинной мозг стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови. Через месяц на пресс-конференции в Сеуле Хванг сделала несколько шагов. Результат лечения сразу же окрестили чудом, несмотря на то, что профессор Ким просил журналистов быть посдержанней: гарантировать стойкое улучшение и отсутствие осложнений в будущем было еще рано. В середине 2005 года планировался второй этап лечения, но на момент написания этой статьи его результаты еще не были опубликованы. И все же слова «маленький шаг для одного человека – гигантский скачок для всего человечества» к этому случаю подходят не меньше, чем к первой высадке на Луну.

Пересадку костного мозга давным-давно применяют при заболеваниях кроветворной системы и при лучевой болезни. Сейчас стало ясно, что главный смысл этого метода состоит в том, что больному пересаживают не просто донорский орган, а постоянный источник запчастей: в костном мозге особенно много стволовых клеток – больше, чем в любой другой ткани взрослого организма.

Этот же метод – пересадку костного мозга от родителей – в середине 1990-х впервые применили для лечения детей с тяжелым врожденным нарушением формирования костей, вызванным мутацией в гене, отвечающем за синтез коллагена – белка соединительной ткани. К тому времени было известно, что стволовые клетки костного мозга способны превращаться во многие клетки, в том числе и остеоциты, из которых образуются кости. Не было только отработанных методик их выделения и размножения.

Первый опыт лечения человека с помощью его собственных стволовых клеток удалось провести лишь в 1994 году. Клетки, выделенные из костного мозга пациента, размножили в культуре и ввели в его же коленный сустав, разрушенный дегенеративным артритом. Клетки-универсалы прижились на новом месте, начали размножаться, превращаться в клетки хрящевой ткани и восстанавливать сустав. А «большой взрыв» в клеточной терапии начался в 1999 году, когда в США, в лабораториях Джеймса Томпсона и Джона Герхарта, научились выращивать культуры стволовых клеток, полученных из зародыша человека.

Сейчас буквально каждый день появляются новые сообщения об успешном применении клеточной терапии для лечения все новых болезней. Методики, отработанные на животных, все смелее используют для лечения людей, в том числе в случаях, которые до недавнего времени были безнадежными.

Из любой клетки зародыша на ранних стадиях развития, как ветка из ствола, может вырасти любой из примерно 350 типов клеток, составляющих ткани нашего организма. Большая часть «взрослых» клеток не только ни во что не превращается, но и не может делиться. Обычные клетки живут от нескольких месяцев до нескольких лет или десятилетий, после чего мирно умирают. Такая естественная смерть клетки называется апоптозом.

Обновление тканей в норме происходит за счет региональных, специализированных стволовых клеток. Они могут делиться и образовывать один или несколько типов клеток той ткани, в которой находятся, и способны перемещаться на несколько сантиметров, расталкивая окружающие клетки.

При травме или нарушении кровоснабжения происходит некроз – насильственная смерть клеток. Выделяющиеся при этом вещества стимулируют деление стволовых клеток, но местных ресурсов на ремонт повреждения может не хватить. Вместо полноценных клеток той же ткани прореху заполняет соединительная ткань (ее клетки – фибробласты – именно на такой случай хорошо сохраняют способность делиться), и на месте погибших клеток образуется рубец. То же происходит при сильном отравлении (клетки печени, не справившись с обезвреживанием яда, гибнут и замещаются клетками жировой и соединительной ткани) и в других случаях.

Центральным складом запчастей во взрослом организме служат стволовые клетки костного мозга. При их делении половина дочерних клеток остается на месте и сохраняет такую же, как у клеток зародыша, способность превращаться в специализированные клетки различных тканей. Вторая часть клеток перемещается с током крови по всему организму. Там, где все в порядке, они не задерживаются. Сигналом к началу ремонтных работ служат вещества, которые выделяют гибнущие клетки. В ответ на химические крики о помощи стволовые клетки протискиваются сквозь стенки капилляров и перемещаются в ту сторону, где больше концентрация сигнальных веществ.

Попав на место аварии, стволовые клетки по составу оболочек определяют, какие клетки их окружают. Под влиянием полученной информации их хромосомы перестраиваются. Выключаются одни гены, начинают работать другие, изменяется состав белков, и в результате стволовые клетки превращаются в клетки окружающей ткани.

Заживление травм и восстановление после болезней у детей происходит намного лучше, чем у взрослых и тем более у стариков. В костном мозге новорожденного одна универсальная стволовая клетка приходится на десять тысяч специализированных, из которых образуются только клетки крови. Годам к пятнадцати одна универсальная клетка приходится на сто тысяч кроветворных, к пятидесяти – одна на полмиллиона, к семидесяти – одна на миллион. Специализированных стволовых клеток, в том числе и кроветворных, с возрастом тоже становится все меньше, и активность их падает. Так что к тому времени, когда ремонт организму требуется все чаще, запчастей в нем уже не хватает даже на то, чтобы просто поддерживать его на ходу, а тем более – на капитальный ремонт.

При инфаркте, инсульте, тяжелом переломе и далее по медицинскому словарю, от Абсцесса до Язвы, резервов организма хватит в лучшем случае на то, чтобы кое-как зачинить поломку, но работать как новенький пострадавший орган не будет уже никогда. А если дополнительно к имеющимся ввести в вену или непосредственно в место повреждения десяток-другой миллионов стволовых клеток?

Говоря коротко, почти всё. Ведь любая болезнь – это в конечном итоге гибель клеток. Больше всего результатов получено при лечении заболеваний сердца – инфаркта, стенокардии, ишемической болезни сердца, сердечной недостаточности. Во многих случаях клеточная терапия восстанавливает до вполне приемлемого состояние пациентов, которых уже внесли в лист ожидания на пересадку сердца.

То, что нервные клетки не восстанавливаются, недавно перестало быть прописной истиной. Стволовые клетки есть и в мозге, только там их слишком мало для того, чтобы восстановить мало-мальски серьезные повреждения. Впервые клеточную терапию для лечения инсульта применили в 1998 году врачи Медицинского центра Питтсбургского университета (США). Сейчас не осталось сомнений в том, что введение стволовых клеток в место гибели клеток заметно улучшает состояние больных по сравнению с пациентами, которых лечили только обычными методами.

С помощью стволовых клеток можно лечить детский церебральный паралич и другие заболевания центральной нервной системы, в том числе болезни Паркинсона (дрожательный паралич) и Альцгеймера (прогрессирующее старческое слабоумие). При травмах спинного мозга один только метод трансплантации обкладочных обонятельных клеток, полученных из клеток зародыша или с помощью биопсии из обонятельных долей головного мозга самих пациентов, сейчас проходит I–II фазу клинических испытаний в Китае, Португалии, Австралии и России. По неофициальным данным, в нескольких десятках предварительных испытаний этой процедуре подверглись около 500 человек.

Онкологические заболевания – третья причина смертности после инсультов и болезней сердечно-сосудистой системы. При лечении рака врачи и их пациенты часто вынуждены балансировать на лезвии бритвы: убить больные клетки «химией» или облучением не так трудно, намного сложнее не убить пациента во время лечения и восстановить нормальную работу организма после него. Стволовыми клетками можно заменить клетки, выжженные лучевой терапией или погибшие от действия химических препаратов.

При диабете I типа из стволовых клеток можно вырастить и вживить в поджелудочную железу клетки, синтезирующие инсулин. Стволовые клетки превращают и в клетки других желез внутренней секреции – этим методом лечатся многие болезни эндокринной системы.

Стволовые клетки можно применять для лечения переломов – в том числе костей черепа, которые почему-то не зарастают (сейчас место травмы закрывают металлической пластинкой). Можно восстанавливать хрящи при артрозе, лечить рубцы после операций и травм, заменять отмирающие мышечные волокна при разных формах миопатий. Из стволовых клеток можно вырастить клетки кроветворных органов – костного мозга, селезенки и вилочковой железы – и вылечить множество заболеваний кроветворной системы, от врожденных анемий и лейкозов до рака крови и СПИДа. Можно восстановить клетки печени взамен разрушенных гепатитом или циррозом, вылечить рассеянный склероз, болезнь Крона и другие аутоиммунные заболевания. Список болезней, которые уже сейчас лечат с помощью клеточной терапии, давно перевалил за сотню.

Клетки животных применяют для «оздоровления и омоложения» с 1960-х годов. Официальная медицина относится к этому весьма скептически. Если «Эксклюзивный– Дилер–Зарубежной–Фирмы предложит вам полечиться клетками Большой–Новозеландской–Черной–Овцы или чем-нибудь в этом роде» – держитесь от него подальше.

Культуры фибробластов (клеток соединительной ткани, выращенных из эмбриональных клеток) применяют в косметологии, обычно в составе комплексного лечения, так что, насколько это действительно омолаживает кожу, сказать трудно. Кроме того, несмотря на попытки Минздрава навести порядок в клеточной терапии, слишком велик риск вместо омоложения получить лицо, покрытое волдырями. Именно это приключилось с господином Брынцаловым – думаете, вам повезет больше? Тогда рискуйте.

Фетальные клетки (от лат. fetus – зародыш) получают из человеческих зародышей в возрасте нескольких месяцев. Против их применения возражают в первую очередь из этических соображений (хотя, по-моему, намного этичнее использовать «абортивный материал» для лечения больных, чем спускать в канализацию). Главный их недостаток – то, что хотя в оболочках клеток зародыша еще не до конца сформировались белки, отвечающие за тканевую совместимость, в чужом организме они проживут не дольше нескольких месяцев. В одних случаях этого достаточно для восстановления функции больного органа (например, при лечении ожогов), в других – процедуру приходится регулярно повторять. Кроме того, этот метод, как и два предыдущих, в России и ее окрестностях слишком часто применяют в подпольных условиях и не слишком чистыми руками. Если вам или вашим близким предложат полечиться фетальными клетками – можно согласиться, но только если это будет официальным клиническим экспериментом в солидной клинике. А у нелицензированных абортмахеров можно и СПИД с гепатитом подцепить.

Эмбриональные клетки получают или из зародышей на самых ранних стадиях развития, или из «отходов» искусственного оплодотворения. Сейчас в мире выделено больше сотни линий таких клеток. Продают их по 10–20 штучек за цент, партиями по 2–3 миллиона. Если слить питательный раствор, то получится примерно одна сотая грамма клеток за $2000. Эмбриональные клетки чаще применяют для экспериментов, а не для лечения людей: кроме проблемы отторжения, хотя и менее выраженной, чем у фетальных, эмбриональные клетки склонны перерождаться в раковые. Если вам (во всяком случае, на территории СНГ) предложат полечиться эмбриональными клетками – вас гарантированно обманывают и на самом деле имеют в виду в лучшем случае фетальные.

Клетки пуповинной крови. Тут лично вы уже опоздали, но если собираетесь завести детей или внуков – советую сдать их пуповинную кровь в криобанк. Сейчас стволовые клетки пуповинной крови используют только для лечения заболеваний кроветворной системы, но к тому времени, когда сегодняшним новорожденным понадобятся запчасти, почти гарантированно будут разработаны методы их применения для лечения самых разных болезней, а возможно – и для изготовления искусственных органов. Эти клетки можно использовать и для лечения родственников и даже посторонних людей: подобрать взрослого донора примерно в тысячу раз сложнее, чем совместимые с чужим организмом стволовые клетки новорожденного.

«Взрослые» стволовые клетки сохраняются во многих тканях организма и легко превращаются в клетки тканей, происходящих из того же зародышевого листка (зародыш на одной из ранних стадий развития – бластоциста – представляет собой шарик из трех слоев клеток). Но заставить их превращаться в клетки «неродственных» тканей с каждым годом удается все лучше. Это самый эффективный метод клеточной терапии: собственные клетки не будут отторгаться и превращаться в раковые, никаких лишних болезней и мутаций в них нет, нет и этических вопросов. Самый перспективный источник таких клеток – костный мозг. Главный их недостаток – то, что на выделение и размножение до необходимого количества требуется несколько недель, а лечение тем эффективнее, чем раньше его начать. Но можно не дожидаться, пока грянет гром, и заранее сделать запас на черный день. Лично я уже третий год храню свои стволовые клетки в криобанке, и если (вернее, когда) черный день все же наступит, их можно будет разморозить и залатать участок сердечной мышцы, мозга, кости, печени и т.д. А может, и вырастить из них какой-нибудь запасной орган, хотя для этого лучше подходят…

Клонированные эмбриональные клетки. Если ядро яйцеклетки, полученной у женщины-донора, заменить ядром любой моей клетки, добиться того, чтобы эта гибридная клетка начала делиться, а после восьми-десяти делений разболтать формирующийся эмбрион в суспензию, полученная культура будет сочетать абсолютную универсальность эмбриональных клеток с совместимостью и безопасностью собственных. Главный недостаток метода – то, что сейчас одна линия стволовых клеток получается примерно из сотни обработанных яйцеклеток. Такие клетки будут идеальным материалом и для клеточной терапии, и для тканевой инженерии – в тех случаях, когда сейчас для пересадки используют вырезанные из менее нужного места кожу, связки, участки кости и т.д., и в тех, когда современная медицина бессильна. А главное – терапевтическое клонирование в близком будущем сделает относительно доступным изготовление искусственных органов.

1 февраля 2003 года 16-летний Дмитрий Бонвиль из штата Мичиган ухитрился всадить себе в сердце трехдюймовый гвоздь из строительного пистолета. Гвоздь хирурги вынули, дырку зашили, но то ли сама травма, то ли стресс вызвали обширный инфаркт. При лечении обычными методами парень в лучшем случае остался бы инвалидом, а в худшем – мог бы так и не дождаться подходящего донора для пересадки сердца. Или дождаться, а после этого прожить еще несколько лет или десятилетий – все равно инвалидом. Врачи под руководством Синди Грайнс и Уильяма О'Нейлла решили рискнуть. После нескольких дней приема препарата, стимулирующего деление в костном мозге стволовых клеток, их выделили из крови пациента и через катетер ввели в нисходящую артерию левого желудочка, которая снабжает кровью переднюю камеру сердца. Уже через пять дней после пересадки мощность сердца возросла с 25 до 35% от нормальной.
Эмбриональные ужасы

Помните, в триллере Стивена Кинга в мозге главного героя образуется опухоль, состоящая из глаз, ногтей и прочих органов брата-близнеца, «съеденного» еще в утробе матери. На самом деле такие опухоли – тератокарциномы – развиваются из эмбриональных клеток, которые из-за сбоя в генетической программе не приобрели специальности, притаились в дальнем уголке организма и сохранили свою «эмбриональность». Через несколько лет (а то и десятков лет) зародышевая программа опять включается, и клетки начинают безудержно делиться и превращаться в какие попало клетки взрослого организма. Только пальцы, зубы и прочие ужастики при этом образуются очень редко. Понять, в какую ткань пытались развиться клетки бесформенной опухоли, можно только с помощью микроскопа и более сложных методов исследования.