Чи є у стовбурових клітин клінічне майбутнє?

Багато захворювань супроводжується загибеллю клітин, які організм не може природним чином замінити. Іноді клітини гинуть раптово, як це відбувається при інфаркті міокарда. В інших ситуаціях цей процес відбувається повільно і невідворотно, як при хворобі Альцгаймера. Найбільша клінічна перспектива стовбурових клітин (які є еквівалентом відновлюваної енергії для організму) — це те, що їх можна спонукати стати певними спеціалізованими клітинами, які замінять клітини організму, втрачені внаслідок захворювання.

Але дуже непрості наукові перепони, етичні застереження і навіть втручання політиків сповільнили прогрес у цій сфері більш ніж на десятиліття. Однак протягом останніх двох років відбувся суттєвий прогрес у цій сфері завдяки серії надзвичайних відкриттів: несподівано з’явилася можливість створювати клітини, які мають потенціал ембріональних стовбурових клітин, не використовуючи для цього ембріони. Це дало змогу усунути більшість етичних застережень, які стосувалися досліджень у сфері стовбурових клітин.

Ембріональні стовбурові клітини мають дві екстраординарні властивості, які роблять їх потенційно корисними для застосування в медицині. По-перше, вони є “плюрипотентними”, тобто мають здатність перетворюватися на будь-який тип спеціалізованих клітин організму: клітини міокарда, що перекачують кров, клітини у шлунку, які продукують кислоту, клітини у сітківці ока, які дають змогу бачити світло, чи клітини мозку, які зберігають інформацію. По-друге, ембріональні стовбурові клітини мають здатність безперервно ділитись і створювати необмежені копії собі подібних клітин — це дуже важлива властивість, оскільки для заміни клітин, втрачених унаслідок захворювання, може потребуватися величезна кількість нових клітин.

Науковці також досліджували стовбурові клітини дорослих людей. При таких дослідженнях не виникають такі етичні питання, які з’являються при дослідженні ембріональних стовбурових клітин, оскільки при цьому не використовуються людські ембріони. Кістковий мозок і такі органи, як серце і печінка, природно містять дорослі стовбурові клітини. Ці клітини мають потенціал розвиватись у більшість клітин того специфічного органа, в якому вони містяться. Дорослі стовбурові клітини допомагають замістити спеціалізовані клітини, які загинули, оскільки більшість спеціалізованих клітин не можуть природно репродукувати самих себе. Однак дорослі стовбурові клітини у більшості органів не можуть природним чином замістити масивне пошкодження, викликане багатьма захворюваннями, хоча науковці працюють над тим, щоб це змінити. Також треба відзначити, що дорослі стовбурові клітини не є плюрипотентними: на відміну від ембріональних стовбурових клітин, вони не можуть перетворюватись на будь-яку клітину організму.

Надзвичайні властивості ембріональних стовбурових клітин складно використати для медичних цілей. В ідеалі пацієнт, якому для лікування необхідні стовбурові клітини, повинен би отримати свої власні, генетично ідентичні стовбурові клітини, оскільки в цьому разі вони не будуть атакуватись як чужі імунною системою пацієнта. Однак ембріональні стовбурові клітини існують лише короткий проміжок часу, а саме протягом перших двох тижнів після зачаття. Крім того, стовбурові клітини з ембріонів, які продукуються для програм запліднення in vitro, будуть генетично відрізнятися від клітин пацієнта, що підвищує ризик того, що вони відторгнуться імунною системою, і тому для пригнічення імунної реакції необхідно застосовувати потенційно токсичні методи лікування.

Застосування ембріональних стовбурових клітин також порушує етичні питання, оскільки деякі люди вважають, щоб ембріон, який потенційно можна імплантувати для того, щоб він розвинувся у плід, має моральний статус людини і тому його не можна знищувати, незалежно від того, яку б велику користь для когось це могло б дати. У 2001 році президент США Д. Буш обмежив використання федерального фінансування для існуючих ліній ембріональних стовбурових клітин, тобто урядові гроші не можна було використовувати для досліджень, які передбачали подальшу деструкцію ембріонів. Однак новообраний президент США Обама заявив, що він змінить цю політику уряду в галузі досліджень.

Можливе рішення, яке дає змогу обійти такі складні перепони, запропонувала команда японських дослідників. Вони поставили просте, хоч і не стандартне питання: чи можливо повернути спеціалізовані клітини назад в ембріональні стовбурові клітини або принаймні у клітини з тими самими винятковими властивостями, які мають ембріональні стовбурові клітини? У кожній клітині є гени, які визначають, як кожна конкретна клітина поводиться і як вона виглядає. Хоча всі наші спеціалізовані клітини і наші ембріональні стовбурові клітини мають абсолютно той самий набір генів, у кожному типі клітин “включені” різні гени. Інакше кажучи, ембріональні стовбурові клітини перетворюються на спеціалізовані клітини внаслідок того, що певні гени “включаються”, тоді як інші “виключаються”.

У 2006 році команда дослідників Університету Кіото, яку очолював Shinya Yamanaka, використала потужну і відносно нову технологію, яка давала змогу визначити у певному типі клітин, які саме гени є “включені” і які “виключені”. Використовуючи цю технологію для дослідження ембріональних стовбурових клітин і спеціалізованих клітин, команда Яманакі ідентифікувала кілька генів у мишей, які завжди були “включені” в ембріональних стовбурових клітинах, але не у спеціалізованих клітинах. Потім у кінці 2007 року група Яманакі і команди американських учених, які очолювали James Thomson з Університету Вісконсин і George Daley з Гарварду, засвідчили, що “включення” чотирьох із таких генів у клітинах шкіри людини приводило до того, що відбувалась реверсія цих клітин до клітин, які нагадували ембріональні стовбурові клітини. Вони назвали ці нові клітини індукованими плюрипотентними стовбуровими клітинами (іПСК). Подібно до ембріональних стовбурових клітин, іПСК могли трансформуватись у будь-який тип спеціалізованих клітин і репродукувати копії самих себе безконечно.

Таким чином, тепер стало теоретично можливим створити для будь-кого свої власні стовбурові клітини, які є генетично ідентичними і мають усі потенціальні можливості власних, давно втрачених ембріональних стовбурових клітин. Мало того, дорослі клітини для трансформації в іПСК можна легко отримати шляхом біопсії шкіри чи з інших поверхневих тканин. І, що дуже важливо, іПСК можна генерувати, уникаючи створення і руйнування ембріонів, що дає змогу обійти моральні перепони на щляху до використання ембріональних стовбурових клітин.

Однак треба наголосити, що, незважаючи на значення такого прориву в цій сфері, терапія із застосуванням іПСК не є такою вже і близькою перспективою. Ще необхідно знайти відповідь на важливі питання і розробити нові технології. Здатність клітин перетворитись на будь-який тип клітин у лабораторних умовах ще не є гарантією того, що такі клітини будуть успішно лікувати захворювання в експериментальної тварини чи людини. Однак Rudolf Jaenisch засвідчив, що за допомогою іПСК можна успішно лікувати серповидно-клітинну анемію у мишей і хворобу Паркінсона у щурів. І хоча методи лікування, які ефективно працюють у гризунів, не завжди працюють у людей, у багатьох випадках вони таки працюють.

Також треба відзначити, що два з чотирьох генів, які оригінально були використані для створення іПСК, є онкогенами, що мають потенціал перетворити іПСК на злоякісні клітини. Крім того, для перенесення цих чотирьох генів у спеціалізовані клітини було використано ретровірус, а це також несе з собою ризик перетворення іПСК на злоякісні. Однак у кінці 2008 року вчені повідомили, що іПСК можуть бути створені без використання як онкогенів, так і ретровірусу. У 2009 році багато лабораторій працюватимуть над модифікацією нинішніх технологій створення іПСК, щоб зробити їх як безпечнішими, так і ефективнішими.

Ще одна потенційна проблема: яким чином іПСК, створені в лабораторних умовах, надійно перенести у хворий орган, який міститься усередині тіла? А якщо вдасться їх туди перенести, чи зможуть вони гармонійно “спрацюватися” із здоровими клітинами цього органа? Ці питання важливі, на них ще немає відповіді. Один з фактів, про який вчені дізналися завдяки застосуванню трансплантації кісткового мозку (тип терапії стовбуровими клітинами, який широко застосовується протягом 30 років), це те, що клітини, які введено у кров’яне русло, знаходять шлях до відповідного місця в організмі, а потрапивши в це місце, можуть відповідати на сигнали від власних клітин організму, які містяться довкола них, і починають працювати з ними в гармонії. Однак для певних органів не все так просто. Наприклад, серце. Припустімо, що після інфаркту міокарда загинули мільйони міокардіальних клітин. Після цього у кровоплин пацієнта вводять мільйони створених іПСК. Чи знайдуть вони шлях до серця? А якщо навіть знайдуть, чи займуть правильну позицію і чи будуть у перспективі скорочуватися в унісон зі старими здоровими міокардіоцитами? Якщо ні, то чи не будуть спричиняти аритмії? Якщо ці клітини потраплять в інший орган, крім серця, чи не викличуть вони там пошкодження? Єдиний шлях знайти відповідь на ці питання — це шлях проб і помилок, спочатку у тварин, а потім у людей.

Крім лікування, іПСК можуть також допомогти досліджувати причини захворювань. Кілька команд дослідників з Гарварду створили іПСК від пацієнтів із різними генетичними захворюваннями, включаючи хворобу Паркінсона, хворобу Гантінгтона і діабет 1 типу. Оскільки іПСК можна репродукувати безконечно, це дає змогу продукувати і вивчати великі кількості клітин, що мають той сам генетичний дефект, який призвів до виникнення захворювання.

Дослідники також ставлять питання, чи можливо буде перетворити один тип спеціалізованих дорослих клітин на інший тип — навіть без створення іПСК. Така можливість вважалася малоймовірною до серпня 2008 року, коли команда науковців із Гарварду під керівництвом Douglas Melton трансформувала панкреатичні клітини, які не продукують інсулін, в інсулін-продукуючі клітини всередині живої миші, що дало можливість лікувати в цієї миші діабет.

За матеріалами зарубіжної преси підготував

Володимир Павлюк