Справка

Зачем нужны стволовые клетки

Три-четыре года назад стволовыми клетками всерьез интересовались очень немногие биологи и врачи, а теперь их воспринимают как символ новой медицины двадцать первого столетия. О стволовых клетках говорят римский понтифик и американский президент, о них спорят на страницах газет и трибунах парламентов, расходы на их изучение исчисляются сотнями миллионов долларов, а потенциальные прибыли от их применения - многими миллиардами.

Так что же это такое - стволовые клетки? Их уникальные особенности легче всего понять, если проследить за развитием человеческого эмбриона. Оно, это развитие, как известно, начинается с оплодотворенной делящейся яйцеклетки, которая прикрепляется к стенке матки. Клетки, которые возникают после первых делений дробления, называют ТОТИПОТЕНТНЫМИ, в переводе с латыни - всемогущими. Такие клетки сохраняют все качества исходной яйцеклетки - любая из них может дать начало новой человеческой жизни. Генетически тождественные однояйцевые близнецы возникают именно из вторичных тотипотентных клеток, которым по каким-либо причинам удалось приобрести самостоятельность.

Пойдем дальше. Примерно через четверо суток после первого деления яйцеклетка образует крошечный пузырек - бластоцисту. Клетки бластоцисты уже не равноценны и посему не тотипотентны. Из наружного слоя таких клеток образуются зародышевые оболочки и плацента, которые осуществляют связь между организмом матери и эмбрионом. Внутри бластоциста заполнена совершенно иными клетками, которые называют родоначальными или стволовыми. Из такой клетки уже не может сформироваться нормальный зародыш, однако в результате последовательных делений они дают начало всем без исключения типам клеток человеческого организма (а их немало - примерно двести двадцать). Эту разновидность стволовых клеток называют ПЛЮРИПОТЕНТНЫМИ.

По мере развития зародыша плюрипотентные клетки теряют былую универсальность и недели через две превращаются в стволовые клетки с более скромными возможностями. Они пока еще сохраняют родоначальный характер, но тем не менее приобретают и свой собственный профиль. Некоторые из них в дальнейшем трансформируются в клетки крови, другие - в клетки кожных покровов, третьи - в клетки печени. Такие специализированные стволовые клетки получили название МУЛЬТИПОТЕНТНЫХ. Давно известно, что они есть и у детей, и у взрослых: будь иначе, у нас не обновлялись бы ни кровь, ни кожа. Например, кроветворные клетки в основном обитают в красном костном мозге, но в небольших количествах циркулируют и в кровяном русле. Однако до последнего времени считалось, что исходная специализация мультипотентных клеток изменению уже не подлежит и что, скажем, стволовые клетки кожи ни при каких обстоятельствах не могут давать начало клеткам слизистой оболочки кишечника. Совсем недавно ученые доказали, что природа соблюдает этот запрет отнюдь не строго. Но но об этом чуть ниже.

Рассеянные по взрослому организму мультипотентные стволовые клетки очень нелегко заметить и изолировать - ведь внешне они ничем не отличаются от "обычных" клеток той же ткани. Действенные методы поиска и выделения таких клеток появились лишь в конце девяностых годов, а сейчас они все больше и больше совершенствуются. Напротив, извлечение плюрипотетных стволовых клеток из эмбрионов - операция технически не такая уж трудная и давно освоенная.

Культивирование и изучение эмбриональных стволовых клеток млекопитающих ведется уже лет двадцать - исследователи начинали с мышей, а позже перешли и к другим животным. Три года назад профессор Висконсинского университета Джеймс Томас впервые выделил стволовые клетки из человеческой бластоцисты. Это позволило выращивать такие клетки на питательных средах для биомединских экспериментов.

Рассказ о свойствах стволовых клеток будет заведомо неполон, если оставить без упоминания две их совершенно уникальные особенности. В результате деления специализированных клеток образуются пары таких же клеток, которые полностью тождественны друг другу. А вот для стволовых клеток это правило не работает. Кроветворная стволовая клетка костного мозга в естественных условиях дает две дочерние клетки, одна из которых остается стволовой, а вторая претерпевает цепь превращений и в конечном счете превращается в лейкоцит или эритроцит. Если бы дело обстояло иначе, организм быстро израсходовал бы запас сохранивших эмбриональные свойства стволовых клеток и любое обновление тканей стало бы невозможным. Конечно, стволовые клетки деградируют с возрастом, и у пожилых людей их куда меньше, чем у подростков, но какое-то количество их сохраняется до глубокой старости.

Культура эмбриональных стволовых клеток ведет себя по-иному. На некоторых питательных средах такие клетки размножаются практически бесконечно, не претерпевая никаких изменений, как и клетки злокачественных опухолей. Однако специальные химические стимуляторы могут заставить культивированные стволовые клетки переродиться в нейроны, клетки поджелудочной железы и печени, костную и мыщечную ткань. Эти эксперименты - а все они были выполнены в течение трех последних лет - показывают, что культуры эмбриональных стволовых клеток можно использовать для выращивания самых различных тканей для пересадок больным людям.

Но и это еще не все. Стволовые клетки взрослых особей также обладают неожиданной пластичностью. Еще два года назад исследователи из Питтсбургского университета доказали, что стволовые клетки красного костного мозга могут давать начало гепатоцитам - функциональным клеткам печени. Позднее подобные трансформации наблюдались неоднократно - и у животных, и у человека. Результаты этих экспериментов позволяют предположить, что, к примеру, для лечения цирроза печени можно использовать стволовые клетки самого больного - естественно, выделенные из его костного мозга и размноженные в культуре. Неудивительно, что три года интенсивных исследований стволовых клеток породили надежду на скорое появление РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ, способной выращивать не только кусочки тканей, но и целые органы.

Справка

Эксперименты со стволовыми клетками эмбрионов

В 1998 году сотрудник Висконсинского университета Джеймс А. Томсон впервые сумел выделить стволовые клетки. Эти первичные клетки, из которых в теле человека можно вырастить любую клетку или ткань, получают из эмбриона на той стадии, когда он представляет собой скопление от 100 до 300 клеток. Размер его в это время таков, что он может уместиться на кончике швейной иголки. Эмбриональные стволовые клетки рассматриваются как строительный материал, открывающий новую эру - эру восстановительной медицины. Ученые утверждают, что скоро настанет день, когда для лечения человека можно будет использовать его собственное тело.

Открытие д-ра Томсона вызвало энтузиазм в научных кругах и тревогу в Вашингтоне. В настоящее время эксперименты с эмбриональными стволовыми клетками могут вестись только на деньги частных лиц, поскольку Конгресс запретил федеральное финансирование подобных исследований.

Тем не менее 12 июля 2001 года ученые, работающие в частном Институте репродуктивной медицины имени Джонсов (Норфолк, штат Вирджиния), признали, что они искусственным путем создавали эмбрионы исключительно для того, чтобы получать стволовые клетки. В биотехнологической компании Advanced Cell Technology (штат Массачусетс) сейчас пытаются применять технологии клонирования для создания эмбрионов - 100-300-клеточных копий реальных людей, чтобы выращивать из стволовых клеток ткани, не вызывающие отторжения у пациентов.

Сегодня почти в 20 штатах существуют законы, регулирующие исследования с использование человеческих эмбрионов и утробного плода. В 9 штатах любые эксперименты с эмбрионами запрещены.

В Южной Дакоте эксперименты с клетками и тканями эмбрионов считаются нетяжелым преступлением.

В Висконсине ведутся дебаты о запрете всех исследований, в которых используются стволовые клетки, полученные из человеческих эмбрионов.

В Массачусетсе с 1974 года действует закон, запрещающий использование в любых экспериментах "живого утробного плода".

В Вирджинии законов, регулирующих исследования эмбрионов, нет.

В ряде штатов вместо закона действует прецедент. Так, в начале 90-х годов, когда активно велись исследования, касающиеся использования тканей абортированного плода для лечения болезни Паркинсона, научная работа такого рода была запрещена судами в Иллинойсе, Луизиане, Юте и Аризоне. Суды решили, что существующее законодательство толкует проблему чересчур расплывчато, и высказались с полной определенностью.

В некоторых штатах запрещено покупать эмбриональные ткани. По мнению юристов, этот запрет тормозит работу ученых и компаний, занимающихся биотехнологиями. В данном случае неважно, будет принята программа федерального финансирования таких исследований.

Источники: BBC News, New York Times