Клетка отсчета
Алла Астахова, «Итоги»
Все давно привыкли, что в России сенсации, связанные со стволовыми клетками, носят скандальный характер. Что-нибудь типа волшебных «уколов от всех болезней». Впрочем, из этого правила бывают исключения. В доказательство заведующий лабораторией генетических основ клеточных технологий Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН Сергей Киселев показывает мне фотографию маленького гелевого комочка, пронизанного розовыми сеточками микроскопических капилляров. Что в этом удивительного? А то, что ученые вырастили сосуды из стволовых клеток человека. Причем не только вырастили, но и создали стандартную методику этого процесса. Есть шанс, что скоро сбудется мечта врачей и больных и мы доживем-таки до того времени, когда можно будет изготавливать «запчасти для организма».
Клеточные линии
Специалисты группы Киселева начали заниматься стволовыми клетками довольно давно – сначала в связи с проблемами онкологии. Как известно, стволовые клетки играют немалую роль в процессе возникновения и роста опухолей. «Это было в 2001 году, – говорит Сергей Киселев. – Тогда бума в отношении стволовых клеток еще не наблюдалось».
Сначала исследователи «добывали» материал из костного мозга, жира и пульпы зуба. Однако по мере того, как стволовые клетки все больше стали интересовать их сами по себе, уже вне связи с онкологией, они обратили взгляд в сторону человеческих эмбрионов. «К 2002 году, когда грянул бум стволовых клеток, у нас накопился большой опыт по работе с эмбриональными стволовыми клетками мышей, – говорит Сергей Киселев. – Мы, единственные в России, тогда смогли провести «генетический нокаут» и вырастили в лаборатории мышей с «выключенным» геном, открытым в нашей же лаборатории. Так что переход к человеческим эмбриональным клеткам особых технических трудностей для нас не представлял».
Сейчас ученые признаются: для того, чтобы начать работать с человеческим эмбриональным материалом, им не пришлось преодолевать особых препятствий и добиваться разрешения от всевозможных инстанций – у нас ситуация в корне отличалась от той, что существовала во многих странах. «Когда нам понадобились эмбриональные стволовые клетки человека, я набрался наглости и позвонил прямо в лабораторию экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) Научного центра акушерства и гинекологии, которую тогда возглавлял ныне покойный Борис Леонов, – рассказывает Киселев. – Обычно научным сотрудникам бывает трудно найти общий язык с медиками. Однако Леонов был человеком весьма эрудированным. Нам не пришлось ничего ему долго объяснять». Вскоре генетики получили из лаборатории оплодотворенные яйцеклетки, которые остались невостребованными после имплантации «эмбрионов из пробирки» будущим матерям. «Этот материал по российским законам должен быть по желанию родителей или сохранен в заморозке за отдельную плату, или уничтожен, – говорит Киселев. – Скажу сразу: мы не получали никаких официальных разрешений на работу с ним. Но нормативов, предусматривающих такие разрешения, в России не существовало и не существует до сих пор».
Впрочем, медики все же сочли необходимым испросить согласие у родителей – те подписали специальные бумаги, в которых разрешали использовать эмбрионы в научных целях. В 2003 году ученые получили из эмбрионов четыре линии человеческих стволовых клеток. Для этого клетки эмбрионов, из которых должны были развиться все ткани организма, помещали в питательную среду. Им предстояло делиться, при этом сохраняя свойство быть «прародительницами», но не развиваться в ткани, ведь тогда они быстро погибли бы. Как было показано на опытах с мышами, только эмбриональные стволовые клетки, оставаясь самими собой, способны в течение неограниченного времени делиться в лабораторных условиях, то есть давать потомство практически вечно.
Зачем ученым понадобились линии человеческих эмбриональных стволовых клеток? Во-первых, чтобы не использовать для экспериментов все новые и новые зародыши. Сейчас весь материал для опытов им «поставляют» клеточные линии. Кроме того, было важно иметь клетки с одинаковыми генетическими характеристиками и полученные в стандартных условиях. Только так можно сравнивать разные способы воздействия на них. У исследователей появился шанс наконец-то приблизиться к заветной мечте – вырастить ткани «на ремонт» тех, что пришли в негодность.
В начале XXI века бум, связанный с исследованиями стволовых клеток, охватил и Старый, и Новый Свет. Однако во многих странах были введены жесткие запреты на использование человеческих эмбрионов. Эти ограничения были обоснованными – в таком тонком деле, как манипуляции с человеческим репродуктивным материалом, нужно придерживаться правила «семь раз отмерь, один раз отрежь». Впрочем, у запретов была и другая, менее очевидная сторона. При отсутствии регламентов в этой области наши ученые неожиданно оказались в выгодном положении по сравнению со своими коллегами. Реализовать свое преимущество им тогда помешали разрушенная научная инфраструктура и банальное отсутствие денег. А через несколько лет запреты на опыты с эмбрионами в других странах под давлением фармацевтического лобби постепенно стали сходить на нет. Теперь россиянам приходится продвигать свои разработки в жесткой конкуренции с другими.
Механическая начинка
Впрочем, годы исследований не прошли зря. Например, наши ученые лучше всех в мире научились растить из стволовых клеток клетки эндотелия, то есть внутренней поверхности кровеносных сосудов человека. Но как заставить стволовые клетки изменяться в нужном направлении?
«Нужно сделать три вещи. Я называю этот принцип «правило 3D», – говорит Сергей Киселев. – Во-первых, нужно получить клетки, которые функционировали бы так же, как клетки определенной ткани, в данном случае эндотелия сосудов. Во-вторых, эти клетки по своему генетическому портрету должны быть идентичны тем, что мы хотим получить. Ну а в-третьих, нам надо быть уверенными в том, что генетические изменения в них необратимы».
Ученые стали растить сосуды не сразу. Этому предшествовал опыт совместных исследований по лечению ишемии нижних конечностей клетками, взятыми из костного мозга самого пациента. Когда их вводили больным, начинался рост новых мелких сосудов, и кровообращение улучшалось. (На снимке слева – сосуды голени до лечения, справа – через 6 месяцев после введения стволовых клеток.)
Впрочем, ученые честно признаются: они пока не знают, какие факторы способствовали такому росту. Эти механизмы еще предстоит изучить. С эмбриональными стволовыми клетками все обстояло иначе. Для начала следовало найти средства, позволявшие так воздействовать на них, чтобы они развивались именно в сосуды. Для этого приходилось постоянно экспериментировать, много раз меняя состав питательной среды, в которой они росли, чтобы или «отпустить», или «затормозить» их развитие в нужном направлении. Постепенно ученые добились того, что клетки, претерпевая ряд последовательных изменений, могли формировать прямо «в пробирке» сосудистые структуры. Успех означал, что колонии стволовых клеток в лабораторных чашках, за делением которых пришлось так тщательно присматривать, могут стать природными фабриками «запасных» тканей. Впрочем, для этого нужно было преодолеть ряд трудностей. Ведь ученым никак не удавалось получить чистые культуры, целиком состоявшие из эндотелия сосудов. Правда, их результаты оказались на порядок лучше, чем у конкурирующих научных групп из других стран: в то время как другим исследователям обычно удается «переориентировать» на развитие в сторону «сосудистой» специализации лишь 5 процентов стволовых клеток, у российской команды эта цифра достигала 50 процентов. Однако соотношение следовало изменить в корне: именно россияне, прежде занимавшиеся стволовыми клетками в онкологии, знали, какой опасной для организма может стать любая «лишняя» клетка, развитие которой вышло из-под контроля... Ученые решили «рассортировать» полученную массу методом иммунно-магнитной сепарации. Отбирать нужные клетки помогают магнитные частицы, «пришитые» к антителам, которые взаимодействуют с белками сосудистого эндотелия по принципу «ключ – замок». Когда образец после этого помещают в электромагнитное поле, «нужные» и «ненужные» клетки отходят друг от друга. «Нужные» клетки позже дополнительно проверяют на наличие генетических мутаций.
Теперь ученые способны взять в руки «чистый» образец с выращенными в пробирке клетками сосудов. «Мы, особо не скромничая, сегодня можем сказать, что у нас есть надежная стандартная методика получения тканей сосудов из стволовых клеток человека, которая уже готова для клинического применения», – признается Сергей Киселев. Что дальше? Ответ напрашивается сам собой: наработав нужное количество клеток сосудов, приступать к испытаниям на животных. Во-первых, выращенные в лаборатории клетки человеческих сосудов – практически готовый материал для испытаний лекарств без риска для пациентов. Во-вторых, об эпидемии сердечно-сосудистых заболеваний не говорит сегодня только ленивый. Шунты, искусственные клапаны сердца, другие средства «починки» востребованы как никогда. Однако совместимость синтетических материалов с тканями живого организма всегда представляла проблему. Недаром знаменитый трансплантолог Валерий Шумаков, работая над искусственным сердцем, мечтал о гибридном органе, в котором механическая начинка окажется помещена в оболочку из созданных в пробирке живых человеческих клеток...
В ожидании прорыва
Конечно, никто сегодня не осмелится заявить, что до реализации этой смелой мечты остался один шаг. Хотя бы потому, что сосуды, выращенные в пробирке из чужих эмбриональных клеток, как и органы, взятые для трансплантации, могут отторгаться. «Как и в случае с пересадкой, человек, получивший «запчасти» для сердечно-сосудистой системы, скорее всего, должен будет принимать препараты, подавляющие иммунитет», – считает академик Рэм Петров.
Впрочем, нет сомнений – тот, кто первым сумеет поставить производство «запчастей» для сосудов на поток, все равно окажет человечеству огромную услугу. Вот только получит ли продолжение этот сказочный сюжет? Пока российские инвесторы, наслышанные в основном лишь о «золотых» уколах стволовых клеток, опасаются вкладывать деньги в дорогостоящие и «долгоиграющие» серьезные научные исследования, связанные с этой темой. На деньги государства ученым тоже особо рассчитывать не приходится – наша страна даже не присоединилась к инициированной Великобританией программе International Stem Cell Initiative, в которую вошли уже полтора десятка научных академий и исследовательских институтов разных стран. «Боюсь, что очень скоро мы потеряем то небольшое «точечное» преимущество перед другими командами, которое пока еще имеем», – признается Сергей Киселев. Такое положение дел можно понять: во всем мире отношение разрешающих органов к проблеме стволовых клеток настороженное. Однако специалисты уверены: так будет только до того момента, когда в исследованиях стволовых клеток не наметится серьезный прорыв, связанный с реальными успехами новых методов лечения. Эксперты прогнозируют это событие уже к 2010 году. И кто-то обязательно будет первым...
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
14.04.2008