Стовбурові клітини кому це потрібно, Публікації, Навколо Світу
У середні віки алхіміки напружено шукали філософський камінь, щоб перетворювати все підряд на золото і отримати еліксир вічного життя. Згодом цінності змінилися, і сьогодні здоров'я (читай — вічне життя) набагато важливіше за золото, тому на роль філософського каменю з подачі ЗМІ призначили чудодійні стовбурові клітини.
ВІДФОРМАТУВАТИ ПАМ'ЯТЬ
Але в історії із чарівними клітинами є одна складність: їх ніде немає. Практично всі клітини дорослого організму високоспеціалізовані (вчені говорять «диференційовані») і можуть породжувати тільки собі подібних.Стовбурових клітин багато в ембріонів, завдяки їм з яйцеклітини розвивається складна істота. Але щоб здобути універсальний будівельний матеріал для дорослої людини, ембріон потрібно знищити. Це засуджується як світськими, і церковними інституціями.
Клонування — технологія, яка «породила» овечку Доллі, — начебто вирішило проблему, але пізніше з'ясувалося, що отримані таким шляхом стовбурові клітини неповноцінні і для повноцінного лікування людей не підходять.
Авториназвали «перепрограмовані» дорослі клітини, отримані цим методом,індукованими плюрипотентними клітинами (iPS-клітинами ). Відкриття Яманаки виявилося настільки значущим, що в 2012 році вчений отримав Нобелівську премію — практично миттєво за мірками Нобелівського комітету. Академіки не помилилися — iPS-клітини вже сьогодні мають реальне застосування.
ТРАНСПЛАНТАЦІЯ ОРГАНІВ
Навіть у країнах, де налагоджено донорство органів, трансплантація не завжди буває успішною через відторгнення. Замість органів іншої людини хворим можна пересаджувати власні клітини, вирощені з iPS-клітин. Наприклад, при великому інфаркті пацієнту роблять зіскрібок зі шкіри, перетворюють отримані фібробласти на стовбурові клітини і in vitro (у пробірці) змушують їх розвинутися в клітини серця, які і підсаджують хворому. Так як це його клітини, імунна система не розпізнає їх як ворогів. «Сьогодні ми вміємо перетворювати iPS-клітини на різні клітини травної системи, нейрони, клітини печінки, серця, крові, — розповідає Яманака. — Але в більшості випадків ми отримуємо клітини, які не повністю дозріли, бо поки не вміємо доводити диференціювання до кінця. Для усунення наслідків інфаркту таких клітин достатньо, але, наприклад, для лікування діабету незрілі бета-клітини підшлункової залози не підходять, тому що вони не можуть виробляти нормально інсулін».
ПОШКОДЖЕНИЙ ХЛІБНИК
При травмах спинного мозку частина нейронів ушкоджується чи гине, що нерідко призводить до паралічу. Якщо замінити втрачені нервові клітини нові, рухливість відновиться.
Втрата зору
Люди, не пов'язані з медициною, навряд чи чули промакулодистрофію, а тим часом самечерез цю хворобу пацієнти старше 50 років найчастіше втрачають зір. При найнебезпечнішій формі недугисудини ока починають аномально розростатися, і кров, що просочується, руйнує фоторецептори — нейрони сітківки, які відповідають за сприйняття світла. Захворювання лікується погано, а препарати потрібно вводити у око. Колега Яманаки,офтальмолог Масайо Такахасі навчиласяперетворювати iPS-клітини хворих на клітини сітківки, вирощувати з них шари та пересаджувати пацієнтам. У 2013 році уряд Японії схвалив методику, і до кінця року вчені планують розпочати клінічні випробування.
ХВОРОБА ПАРКІНСОНА
Вона розвивається у двохлюдина старше 50 років із 1000. У пацієнтів починаютьтремтіти руки, їм стаєважко рухатися, брати предмети,порушуються мова і пам'ять, часторозвивається депресія. Захворювання невиліковне, і згодом стан погіршується.У мозку страждають від паркінсонізмувмирають нейрони, які виробляють нейромедіатор дофамін.Дослідник Центру вивчення та використання iPS-клітин при Кіотському університетіДжун Такахасі (до речі, чоловік Масайо Такахасі)розробив технологію вирощування синтезуючих дофамін нейронів з iPS-клітин. В експериментах із мавпами пересадка таких нервових клітин послаблювала симптоми. Через три роки Такахасі розпочне випробування на людях.
«Одним із перспективних методів лікування онкологічних захворювань вважається імунотерапія, — розповідає Яманака. — З iPS-клітин, вирощених зі шкіри пацієнтів, ми отримуємо Т-клітини та NK-клітини — компоненти імунної системи, які прицільно атакують ракові клітини конкретної людини».Вирощені з iPS-клітин «солдати» розправляються з пухлиною і не розпізнаються організмом як чужорідні.
ПЕРЕВІРКА ЛІКІВ
Багато препаратів, у тому числі антибіотики, часто мають побічні ефекти, один з них — аритмія, яка іноді може вбити пацієнта. Фармкомпанії перевіряють, чи немає у перспективних ліків такого ефекту за допомогою моделей, створених на основі ракових клітин. Тест ненадійний і часто дає як хибнопозитивні, так і хибнонегативні результати.
Використовуючи iPS-клітини, можна виростити повноцінну серцеву тканину, яка скорочується як справжній орган. Приєднавши електроди, дослідники бачать, як клітини реагують на ліки. Набори для такої перевірки вже є на ринку — їх виробляють двікомпанії з Японії та США. Крім того, за допомогою iPS клітин вчені визначають токсичність препаратів, тестуючи їх безпосередньо на потрібних тканинах.
ПЕРСОНАЛЬНА МЕДИЦИНА
ПІСЛЯЗАВТРА АБО Трохи ПІЗНІШЕ Панацея для всіх
Щоб імунна система не відкидала пересаджені органи, в ідеалі вони мають бути вирощені із власних клітин пацієнта. Але щоб отримати iPS-клітини, з яких можна виростити органи та тканини, потрібен час, а часто пересадка потрібна терміново. Головним «подразником» для імунітету служать білки так званого людського лейкоцитарного антигену (HLA ), розташовані на поверхні всіх клітин. Існує кілька типів HLA, і в кожної людини вони поєднуються в різних комбінаціях. Іноді в геномі «сходяться» два однакових типу HLA, і такі люди можуть бути універсальними донорами клітин для частини популяції, що несе цей HLA в поєднанні з якимось іншим.
Яманака та колеги вирішили створити базу iPS-клітин від таких донорів. До 2018 року вони сподіваються знайти людей, клітини яких підійдуть 50% населення Японії. Для цього потрібно лише 10 осіб, і троє вже є. До 2023 року вчені розраховують знайти 100 універсальних донорів, щоб забезпечити iPS-клітинами 90% японців.
Пацієнти з тим самим захворюванням по-різному реагують на препарати: комусь вони допомагають, а в інших хвороба прогресує. Поки вчені далеко не завжди розуміють, чому таблетки чи уколи мають різну дію, але завдяки iPS-клітинам фахівці зможуть передбачити, кому з пацієнтів які препарати використовувати. У 2013 роцігрупа вчених на чолі з Такаюкі Кондо за допомогою iPS-клітинвиростила з клітин шкіри пацієнтів з різними типами хвороби Альцгеймера нейрони та астроцити — клітини,необхідні для роботи нейронів. Дослідники показали, що популярні ліки мають на ті самі клітини хворих різний ефект. У майбутньому за допомогою цього підходу медики розроблятимуть індивідуальні протоколи лікування для кожного хворого.
Стовбурові клітини обіцяли стати універсальним засобом для лікування та омолодження. Реальність підкоригувала мрії, але, на відміну від інших, колись перспективних технологій, у стовбурових клітин, як і раніше, хороший потенціал. Але це знову не філософський камінь.
Фото: CENTER FOR IPS CELL RESEARCH AND APPLICATION, KYOTO UNIVERSITY GLADSTONE INSTITUTES/CHRIS GOODFELLOW; ASUKA MORIZANE, CENTER FOR IPS CELL RESEARCH AND APPLICATION, KYOTO UNIVERSITY
ПОДРОБИЦІ
Ми вивчили людину всього на 10%
«Навколо світу» поговорив із Синья Яманакою на конференції «Терапія майбутнього», організованій Сколковським інститутом науки і технологій
Звідки ви знаєте, що потрібно робити, щоб перетворити iPS-клітини на інші типи клітин?
Ми багато чого запозичуємо із біології розвитку. Фахівці у цій галузі вивчають, що відбувається, коли запліднена яйцеклітина перетворюється на повноцінний організм. Ми намагаємося повторити відрізки великого шляху у чашці Петрі. Але сьогодні вчені знають, як влаштовано наше тіло, не більше 10%. І поки що ми вміємо отримувати лише деякі типи клітин.
Чи можливо використовувати технологію для лікування хвороб, спричинених мутаціями, наприклад, гемофілії? Вирощувати з iPS-клітин потрібний тип клітин, виправляти в них мутацію та поміщати в організм на місце хворих?
Так, над поєднанням iPS-клітин та генотерапії працюють багато вчених. Клінічних випробувань на людях поки що не було, але досліди на тваринахуспішні.
Багато експертів вважають, що підсадка iPS-клітин може призвести до пухлин.
Потенційно маніпуляції зiPS-клітинами небезпечні двома типами малігнізації (утворення пухлин). Перший — розвиток тератоми: пухлини ембріональних тканин з iPS-клітин, що не до кінця спеціалізувалися. Раніше ризик був високий, але методи отримання диференційованих клітин стають дедалі кращими. Крім того, ми добре вміємо очищати суміші клітин від неспеціалізованих iPS-клітин. Другий шлях розвитку раку – через мутації, що виникають у геномі клітини при її перетворенні на iPS-клітину. Але сьогодні ми можемо цілком «прочитати» ДНК iPS-клітин та відібрати ті, що не несуть небезпечних мутацій.
Проте наскільки високий ризик нових мутацій при створенні iPS-клітин?
Коли ми вперше отримали iPS-клітини людини, небезпека була дуже серйозною, тому що для перетворення клітин шкіри на аналоги стовбурових ми застосовували ретровіруси, які вбудовуються в геном. Зараз ми використовуємо вірус Сендай або особливі фрагменти ДНК - плазміди: обидва агенти не інтегруються в ДНК. Саме завдяки цим технологіям ми, в принципі, змогли розпочати клінічні випробування iPS-клітин.
Технологія iPS-клітин дозволяє створити дитину без відома батьків: достатньо отримати клітини шкіри потрібних людей. Як можна захиститися від подібних ризиків?
Та це можливо. Як і будь-яка технологія, методика створення iPS-клітин несе нові ризики, тому знадобляться нові документи, що регулюють.
Чи є інші перспективні технології отримання стовбурових клітин?
Напевно є, але поки що ми їх не знаємо. Сьогодні наш метод — найпростіший варіант відтворення стовбурових клітин. Крім того, можна клонувати клітини тіла. Деякі дослідникивзагалі впевнені: чим винаходити методи отримання стовбурових клітин, краще навчитися видобувати стовбурові клітини з тіла — деяка їхня кількість живе там усе наше життя.
Який прогноз розвитку галузі? Чи можна буде, скажімо, через 50 років за допомогою iPS-клітин омолодити організм?
Через 50 років з'явиться безліч ліків, одержаних за підсумками використання iPS-клітин. Вже у найближчі 10 років ми допоможемо людям із певними захворюваннями. Але, на мій погляд, відновлення клітин мозку чи серця прямо в організмі набагато краще, ніж пересадка нових клітин ззовні. Тож у регенеративній медицині, швидше за все, переважатимуть інші методи.