НАУЧНЫЙ ФАКТ
ОТКРЫТИЕ

В поисках эликсира молодости

Профессор Преображенский искал способ омоложения – и сотворил Шарикова. На наших глазах эта метафора приобретает даже слишком конкретный смысл. Исследуя стволовые клетки, ученые сталкиваются с поразительной пластичностью организма

Стволовые клетки на магистралях науки

Иногда звучание слов кажется интереснее их смысла. Скажем: «Человек состоит из протеинов», то есть из белков. Отчасти верно, отчасти нет. «Человек состоит из протеинов и протеев». Сомнительно, темнозвучно, но врезается в память: огромная фигура человека, сложенная из сотен крохотных фигурок, как люди на картинах А.Филонова. Эти частицы постоянно меняют свой облик, как мифический Протей. Получается, что внутри человека все зыбко и переменчиво...
Читателю начинает надоедать эта «живопись словом»; он кладет журнал в сторону и спрашивает себя:
«Так где же прячутся эти таинственные протеи? Что за элементы внутри меня могут принимать то одно обличье, то другое? Автор договорится еще до того, что походя скажет: печень может превращаться в кровь, кровь – в кость, а мозг – авторский, наверное! – в мышечную ткань. Нет, аллитерациями нас не проведешь, красным словцом не обманешь. Наверняка автор, желая сказать что-то “поизящнее”, ввернул к протеинам протеев».
Долгое время был признан такой порядок событий. Лишь для элементов эмбриона, для его клеток открыты все возможности. Когда зародыш превратится в человека, возможное станет действительным. Ничего изменить нельзя! Отныне печень пополняется лишь клетками печени, костная ткань – клетками костной ткани, а нейроны головного мозга вовсе не обновляются.
Открытия, о которых сообщалось на протяжении всего 2001 года, опровергают это привычное мнение. Открытия эти были сделаны по необходимости, потому что ученые ряда стран были лишены возможности проводить намеченные опыты с эмбрионами. Тогда то в одной лаборатории, то в другой стали пускаться в обход, минуя запреты, диктуемые законом или моралью. В стороне от столбовой дороги начали прокладывать объездные пути. И тут ученым стали попадаться целые колонии протеев. Эти переменчивые персонажи были давно описаны наукой, не подозревавшей, что они в любой момент могут надеть на себя маску – маску, которая прирастет к их лицу. Как их зовут? Стволовые клетки.

Первые опыты

Да. Многочисленные опыты, проведенные в последнее время, показали, что стволовые клетки вольны на самые неожиданные метаморфозы.
Хелен Бло и ее коллеги из медицинского колледжа при Стэнфордском университете (США), опубликовав в июне 2001 года статью на страницах журнала «Сеll», задались вопросом: «Являются ли вообще стволовые клетки отдельной категорией клеток?» Быть может, даже в теле взрослого человека они всего лишь «кусочки пластилина», из которых, словно в мультфильмах, возникают клетки то одного типа, то другого?
Опыты Бло и других цитологов дают положительный ответ на последний вопрос. Мало того: где ни помести эту «частичку пластилина», из нее вырастет такая же клетка, как и соседние с ней. Она словно зеркало отражает в себе свое окружение. Попав в печень, становится клеткой печени, в кровь – клеткой крови, и тогда не такой уж глупой кажется фраза: «Печень превращается в кровь, кровь – в кость...» Внутри нас впрямь притаились протеи. Вопреки прежним мнениям, они – пусть даже их извлекли из взрослого организма – всегда готовы проявить свою многоликость.
Это стало ясно уже из серии опытов, проведенных на животных. В них стволовые клетки, извлеченные из костного мозга, превращались в клетки жировой ткани, сердечной мышцы, печени, костной ткани, в клетки, выстилающие стенки кровеносных сосудов, а также в нейроны. Это происходило не только в лабораторных условиях, но и внутри живых организмов.
Так, сотрудники медицинского колледжа при Нью-Йоркском университете вводили мышам, перенесшим искусственно вызванный инфаркт, стволовые клетки костного мозга. В результате две трети омертвевшей ткани заменились новой, здоровой тканью.
Группа ученых из Колумбийского университета во главе с Сильвиу Итеску ввела стволовые клетки, извлеченные из костного мозга человека, в хвостовую вену крыс, перенесших инфаркт. Эти клетки сразу устремились в очаг омертвения; из них выросли новые кровеносные сосуды. Рядом с пораженным участком тоже появились новые капилляры.
Э.Лагасс и его коллеги из калифорнийской фирмы «Stem Cels» сумели вылечить мышей, страдавших смертельно опасной болезнью печени. Им помогла пересадка костного мозга. После этого работа больного органа понемногу восстановилась. Донорские стволовые клетки переселялись из костного мозга в печень зверьков и размножались там, превращаясь в обычные клетки печени. Через несколько месяцев печень зверьков наполовину состояла из донорских клеток. Операции явно пошли на пользу мышам.
Известны примеры того, как подобная метаморфоза происходила в организме людей. Группа ученых из медицинского колледжа при Нью-Йоркском университете решила «задним числом» исследовать печень пациентов-мужчин, которым когда-то вводили костный мозг, взятый у доноров женского пола. Отыскать донорские клетки было нетрудно. Помогли это сделать половые хромосомы. Так, если в печени мужчины встречались клетки с двумя Х-хромосомами, значит, они попали сюда из организма донора-женщины. Как выяснилось, у некоторых пациентов более трети печени состояло из таких клеток. Особенно велика их доля была, если печень оказывалась пораженной вирусной инфекцией. Впрочем, даже у пациентов со здоровой печенью в ней легко было найти стволовые клетки донора-женщины.
В свою очередь, стволовые клетки реципиента могут перебираться в пересаженные органы. Это улучшает сращивание чужеродной ткани после трансплантации. Исследователи из Калифорнийского университета, а также из лондонского Imperial Cancer Research Fund наблюдали такое при трансплантации почек.
Иные эксперименты еще более поразительны. Вот что проделывали над подопытными мышами. Из их головного мозга извлекали стволовые клетки, вводили в мышечную ткань, и вскоре эти клетки преображались.
Они стремительно делились и сливались друг с другом; из них вырастали мышечные волокна, которые обладали всеми генетическими свойствами инъецированных стволовых клеток.
В других опытах удавалось даже повернуть время вспять. Дифференцированные клетки «омолаживались», вновь превращаясь в стволовые, а после этого, как истинные протеи, меняли обличье. Словно несколько жизней было дано им кряду: в одной они были мышцами, в другой – хрящами, в третьей – каменели костью.
Можно изменить и олигодендроциты – клетки-предшественницы, содержащиеся в головном мозге. Развитие их также является обратимым; их дифференциацию удавалось повернуть вспять. Так, британские ученые Тору Кондо и Мартин Рафф, вводя в них определенные факторы роста, превращали их опять в стволовые клетки, а из тех выращивали различные типы клеток головного мозга, например, нейроны и астроциты.
Марк Хедрик из Калифорнийского университета отыскал стволовые клетки в жировой ткани, остающейся после операции у косметологов. Добавляя разные факторы роста, Хедрик вырастил клетки костной, хрящевой и мышечной тканей.
Еще недавно считалось, что внутри нас «подобное лечат подобным». Из стволовых клеток печени рождаются лишь ткани печени; из стволовых клеток головного мозга – лишь клетки мозга... Теперь взгляды резко переменились.
Чтобы пояснить перемену, прибегнем к сравнению. Окинем взором комнату, где сидите вы, дорогой читатель, и представим себе, – не дай Бог, чтобы это случилось наяву, это лишь авторская фантазия, – что стакан, стоящий на столе, лопнул, пуговица на рубашке оторвалась, ботинок прохудился, а настольная лампа перегорела. «Подобное лечат подобным». Ботинок латают кусочком кожи, пуговицу пришивают нитками, в цоколь вворачивают новую лампочку. Попробуйте поступить наоборот: к примеру, сшивать стакан, втыкать кусочек стекла в обувь, а перегоревшую нить накаливания заменить швейной ниткой. Ничего не выйдет! Зато будь комната нашим организмом, а ее предметы – органами тела, – все бы сошло с рук. Стоило бы истолочь стекло – извлечь его «стволовые клетки» – и присыпать ими ботинок, он глядел бы на вас как новенький. И, наоборот, кусочек кожи, приложенный к дребезгам склянки, соединял бы их надежнее любого клея. Вот такие чудеса могут происходить внутри нас.
Итак, стволовые клетки принимают разные личины. Словно отряды спасателей, они снуют по организму животного или человека, берясь за восстановление ткани, разрушенной вирусом или травмой. Едва прибыв на место, они, как и подобает протеям, тут же обретают новый, неожиданный вид.
Как же они прибывают к нужному месту? Ведь организм – это огромный город, в котором клетки – маленькие пешеходы, удивленно ищущие дорогу. Возможно, путь им подсказывают сигнальные молекулы. Такой вывод можно сделать по результатам работы ученых из медицинского колледжа при Гарвардском университете.
Они извлекали стволовые клетки из головного мозга человека, помещали в формирующийся мозг эмбриона обезьяны и следили за их миграциями. Оказалось, что клетки ищут «родственников» и стремятся примкнуть к ним.
Эта поразительная динамика перемещений стволовых клеток побудила X.Бло и ее коллег схематизировать процесс так. Если какой-либо орган поврежден, то стволовые клетки из разных частей тела спешат туда по кровеносным сосудам, чтобы принести исцеление. Если повреждения очень серьезны, то зрелые клетки, в основном из близлежащих органов, вновь превращаются в стволовые и участвуют в спасении больного органа. Например, при повреждении печени туда могут мигрировать клетки поджелудочной железы, давая начало гепатоцитам.
Впрочем, пока неясно, какие именно сигнальные вещества управляют метаморфозами клеток. Почему эти протеи как по команде спешат перемениться? Можно сказать лишь одно. Все эти опыты показывают, что между стволовыми клетками эмбриона и взрослого человека, похоже, нет принципиального различия. Перед теми и другими открыты любые возможности развития. Тем лучше для медиков! Не надо прибегать к опытам над эмбрионами.

Первые операции

Очевидно, «взрослые» стволовые клетки можно использовать для лечения участков печени, почек или сердечной мышцы, разрушенных вирусами или же омертвевших. Во всяком случае, ученые возлагают на это большие надежды. Ведь собственные клетки – пусть и переменив, как Протей, свое обличье – не вызовут возмущения у иммунной системы больного. Это его клетки, снабженные «метками» и «паролями». Опыты же по пересадке эмбриональных стволовых клеток мало того что спорны с этической точки зрения – еще и сложны, потому что организм распознает в этих клетках нечто чужеродное. Он старается их отторгнуть.
Итак, схема лечения ясна. Из организма пациента, например, из его костного мозга, изымают стволовые клетки. Их помещают в клеточную культуру, где перепрограммируют, превращая, допустим, в клетки печени. После этого их вновь вводят пациенту.
В принципе можно создавать особые банки, где будут хранить образцы клеточных культур конкретных людей, ждущие своего часа, – когда они понадобятся для восстановления органов.
Первые опыты по излечению тяжело больных людей с помощью «взрослых» стволовых клеток уже проводятся. Так, в марте 2001 года немецкий еженедельник «Deutsche medizinische Wochenschrift» сообщил об уникальной операции, проведенной впервые в мире в клинике Дюссельдорфского университета. С помощью катетера в ткань сердца сорокашестилетнего пациента ввели стволовые клетки, извлеченные из его костного мозга. За пять дней до операции больной перенес тяжелый инфаркт: часть его сердечной мышцы омертвела. Чтобы спасти его, врачи решили нарастить на этом месте новую ткань.
«Уже через десять недель после трансплантации пораженный участок стал меньше примерно на треть. Работа сердца заметно улучшилась», – сообщил лечащий врач. Выздоровление больного объяснили тем, что стволовые клетки прижились и преобразились. Вскоре состоялась следующая операция.

Действительно ли здесь помогли стволовые клетки?

Возможно, пересадка стволовых клеток скоро станет обычной операцией «омоложения» организма. Этот вид лечения тем перспективнее, что лишь теперь мы понимаем, как обширна «область обитания» стволовых клеток. Сейчас насчитывают уже свыше двадцати органов тела и его тканей, где они встречаются. Их можно найти в костях и мышцах, коже и печени, головном мозге и жировой ткани. Они своего рода «ремонтные бюро», пополняющие убыль наших тканей. Их можно использовать для лечения разных недугов – от инфаркта до болезни Альцгеймера. В одних случаях, например, при болезнях печени, они будут очень эффективны; в других – при лечении почек – менее полезны, потому что те состоят из разнообразных анатомических структур.

Впрочем, вопреки уверениям оптимистов, ученые не могут сказать, когда операции по пересадке стволовых клеток станут рутинными. Ведь если судить с научной точки зрения, то операции, проведенные в Германии, не выдерживают строгой критики.
Да, пациенту пересадили стволовые клетки, и хорошо, что это помогло, но говорить о чистоте опыта нельзя. На самом деле ему ввели смесь, содержавшую миллионы (!) клеток костного мозга, среди которых были, конечно, и стволовые. Сколько всего их было, неизвестно, но, по данным ученых, на десять тысяч клеток спинного мозга приходится одна-единственная стволовая клетка.
Врачи спешили спасти пациента и не стали кропотливо отделять стволовые клетки от остальных, извлекая из мякины по зернышку. В то же время больной не был подопытным существом. Помогая ему, врачи применили новую технику, но не отказались от привычных методов. Ему по-прежнему вводили средства для понижения давления, а также препараты, мешающие образованию тромбов.
Все эти процедуры помогли. Какую пользу принесли отдельные из них, нельзя точно сказать. Участники операции уверены, что все решила именно пересадка стволовых клеток. Критики склонны заметить, что само ощущение – «Мы провели эту операцию впервые в мире!» – не может не влиять на объективность мнений. Многие люди переносят инфаркт и прекрасно себя чувствуют впоследствии лишь потому, что их лечили с помощью «привычных методов». Возможно, и в данном случае состояние больного улучшилось бы даже без кардинально новой терапии.
Лечение закончилось успехом, но врачи не знают даже, была ли успешной сама операция. Прижились ли пересаженные стволовые клетки в сердце пациента? Ответа на это нет. «Следовало бы взять образчики ткани сердца, но состояние пациента таково, что мы не рискуем проделать это, чтобы не повредить ему», – признает один из участников операции, Петер Вернет. «С другой стороны, – добавляет он, – возможно, чтобы вырастить новую ткань, нужна смесь самых разных клеток. Поэтому хорошо, что мы не стали отделять стволовые клетки от остальных».
Многое пока непонятно и с лечением печени с помощью стволовых клеток. Недавно в ее тончайших желчных протоках выявлены яйцевидные клетки, обладающие свойствами стволовых. При отмирании клеток печени они начинают быстро делиться. Чем сильнее повреждена печень, тем их больше. Они дифференцируются. Если же удается излечить печень, количество этих клеток резко сокращается.
В последние годы велись опыты по излечению печени с помощью эмбриональных стволовых клеток. Так, немецкий биолог Ф.Фендрих разрушал печень крыс с помощью клеточного яда. Вводя им эмбриональные клетки, он смог спасти многих животных. Недавно Фендрих начал опыты со «взрослыми» стволовыми клетками, изымая их из поджелудочной железы. Они тоже превращались в гепатоциты – клетки печени. Однако медики предостерегают от чрезмерных надежд на новую терапию. Пройдет еще не один год, пока она войдет в практику.