Мужской орган из одной клетки

Заветная мечта апологетов тканевой инженерии сбылась: целый орган взрослого организма удалось вырастить из одной-единственной клетки, подсадив её в почку. Этим органом стала простата, что не может не заинтересовать мужчин. Да и слабого пола эти разработки, хотя и опосредованно, касаются.

Теоретическую возможность вырастить орган из одной клетки уже давно никто не отрицает. Почти век в научной общественности существует понятие «стволовая клетка», и успешным попыткам выращивать животные ткани в культуре столько же. Но последние 30–40 лет клеточная биология переживает настоящий бум. Как ни странно, он не связан с какими бы то ни было феноменальными открытиями.

Широкомасштабными эти исследования стали за счет создания соответствующей промышленной инфраструктуры, которая и обеспечила сотни, а теперь и тысячи лабораторий по всему миру обыкновенными пластиковыми чашечками, питательными средами и прочей «примитивщиной».Сейчас сами клетки стали предметом коммерческого интереса, а самые предприимчивые ученые организовали настоящие научно-производственные корпорации, наподобие Genentech, где работает Вэйцян Гао.

И как мы можем убедиться по статье Гао, принятой к публикации в Nature, «коммерсанты» не ограничиваются производством вакцин или рутинных тканеинженерных эквивалентов хряща для замещения менисков.

Они способны вырастить целый орган.

Гао и его коллеги по отделу молекулярной биологии выбрали объект для своих исследований неслучайно: нарушение функции простаты – один из самых распространенных недугов для мужчин за 50. А интимный характер проблемы позволяет андрологам и специализирующимся в этой области фармакологам неплохо зарабатывать на ней.

Ученые исходили из гипотезы, что в каждом органе, а точнее ткани нашего тела есть стволовые клетки, необходимые для нормального замещения клеток, постепенно умирающих или выходящих из строя, а также для быстрого восстановления структуры при серьезном повреждении. Эта теория регулярно получает индуктивное доказательство в виде успешного экспериментального опыта с костным мозгом, мышцами, сердцем, печенью, эпителием и даже волосяными фолликулами.

Но где эти стволовые клетки искать? Как их выделить? Ведь если глянуть в микроскоп, на клетке не написано: «Стволовая».

Зачастую стволовые клетки ищут, подмечая необычное строение её окрестностей. В каждом органе есть свои так называемые тканевые ниши – соответствующее микроокружение, которое, с одной стороны, поддерживает состояние «стволовости», а с другой – обеспечивает выход и распределение потомков по всей ткани. Например, в эпителии кожи клетки-предшественники равномерно распределены по всему базальному («подстилающему») слою и немного сконцентрированы в области волосяных луковиц. А в эпителии роговицы прогениторы находятся исключительно в зоне лимба – кольце, где роговица переходит в непрозрачную оболочку глаза, склеру.

Гао решил, что в простате самым богатым на стволовые клетки участком должны быть верхушки её долек. Дело в том, что ученые не раз замечали цикличные изменения размеров простаты под действием гормонов, да и эта железа способна к регенерации, если оставить эту самую «верхушку». На этом интеллектуальная работа натурализованных американцев закончилась и началась тяжелая лабораторная рутина. Участки простаты измельчили, а каждую отдельную клетку оттипировали в соответствии с маркерами – так называемыми кластерами дифференцировки, располагающимися на поверхности.

Самой маленькой оказалась популяция, обозначенная Lin2+Sca-1+CD133+CD44+CD117+. Значками «+» принято обозначать наличие маркеров, а «–» – достоверное отсутствие, так что приведённое обозначение символизирует наличие у клетки всех перечисленных маркеров. Таких клеток оказалось чуть меньше 1% от общего числа, и учёные тут же заподозрили, что где-то здесь и прячутся стволовые клетки. Как позже показали ученые, молекула CD117 критически необходима для нормального развития железы – если её заблокировать у эмбрионов, то у взрослых мышей простаты остаются того же размера.

Но прорывом стала вторая часть работы – биологи ввели 97 мышам под капсулу почки по одной такой клетке, и в 14 случаях вырастили полноценные простаты.

Такой подход разом снимает регулярно встающие перед тканевыми инженерами проблемы. Во-первых, нет необходимости заботиться о питании удаленных от поверхности участков – почка богата сосудами, и «пересаженный орган» не только получает необходимое питание, но и формирует собственную сосудистую сеть.

Во-вторых, хотя основная ткань, в данном случае железистая, развивается из пересаженной стволовой клетки, но поддерживающие ткани, формирующие капсулу, разделяющие дольки и так далее, развиваются либо из материала реципиента, либо, как в эксперименте Гао, – из дополнительно введенных крысиных соединительнотканных стромальных клеток.

Так что такой подход «внутриорганного выращивания» нового органа с последующей пересадкой пока остается наиболее перспективным. А поскольку исследование проводилось не в государственной лаборатории, то и без практически значимой составляющей не обошлось.

Точно такую же популяцию клеток биологи нашли и в простате человека, правда, в концентрации всего 0,2%.

Но если учесть, что в экспериментах на мышах хватило одной-единственной клетки, то для выращивания полноценной железы будет достаточно кусочка простаты любых размеров. Тем более что до создания целого органа дело может и не дойти: при инфаркте миокарда, повреждении нервной системы или печени достаточно введения стволовых клеток, которые лучше ученых знают, куда встроиться, кого вытеснить и до каких пор размножаться.

Заветная мечта апологетов тканевой инженерии сбылась: целый орган взрослого организма удалось вырастить из одной-единственной клетки, подсадив её в почку. Этим органом стала простата, что не может не заинтересовать мужчин. Да и слабого пола эти разработки, хотя и опосредованно, касаются.

Теоретическую возможность вырастить орган из одной клетки уже давно никто не отрицает. Почти век в научной общественности существует понятие «стволовая клетка», и успешным попыткам выращивать животные ткани в культуре столько же. Но последние 30–40 лет клеточная биология переживает настоящий бум. Как ни странно, он не связан с какими бы то ни было феноменальными открытиями.

Широкомасштабными эти исследования стали за счет создания соответствующей промышленной инфраструктуры, которая и обеспечила сотни, а теперь и тысячи лабораторий по всему миру обыкновенными пластиковыми чашечками, питательными средами и прочей «примитивщиной».Сейчас сами клетки стали предметом коммерческого интереса, а самые предприимчивые ученые организовали настоящие научно-производственные корпорации, наподобие Genentech, где работает Вэйцян Гао.

И как мы можем убедиться по статье Гао, принятой к публикации в Nature, «коммерсанты» не ограничиваются производством вакцин или рутинных тканеинженерных эквивалентов хряща для замещения менисков.

Они способны вырастить целый орган.

Гао и его коллеги по отделу молекулярной биологии выбрали объект для своих исследований неслучайно: нарушение функции простаты – один из самых распространенных недугов для мужчин за 50. А интимный характер проблемы позволяет андрологам и специализирующимся в этой области фармакологам неплохо зарабатывать на ней.

Ученые исходили из гипотезы, что в каждом органе, а точнее ткани нашего тела есть стволовые клетки, необходимые для нормального замещения клеток, постепенно умирающих или выходящих из строя, а также для быстрого восстановления структуры при серьезном повреждении. Эта теория регулярно получает индуктивное доказательство в виде успешного экспериментального опыта с костным мозгом, мышцами, сердцем, печенью, эпителием и даже волосяными фолликулами.

Но где эти стволовые клетки искать? Как их выделить? Ведь если глянуть в микроскоп, на клетке не написано: «Стволовая».

Зачастую стволовые клетки ищут, подмечая необычное строение её окрестностей. В каждом органе есть свои так называемые тканевые ниши – соответствующее микроокружение, которое, с одной стороны, поддерживает состояние «стволовости», а с другой – обеспечивает выход и распределение потомков по всей ткани. Например, в эпителии кожи клетки-предшественники равномерно распределены по всему базальному («подстилающему») слою и немного сконцентрированы в области волосяных луковиц. А в эпителии роговицы прогениторы находятся исключительно в зоне лимба – кольце, где роговица переходит в непрозрачную оболочку глаза, склеру.

Гао решил, что в простате самым богатым на стволовые клетки участком должны быть верхушки её долек. Дело в том, что ученые не раз замечали цикличные изменения размеров простаты под действием гормонов, да и эта железа способна к регенерации, если оставить эту самую «верхушку». На этом интеллектуальная работа натурализованных американцев закончилась и началась тяжелая лабораторная рутина. Участки простаты измельчили, а каждую отдельную клетку оттипировали в соответствии с маркерами – так называемыми кластерами дифференцировки, располагающимися на поверхности.

Самой маленькой оказалась популяция, обозначенная Lin2+Sca-1+CD133+CD44+CD117+. Значками «+» принято обозначать наличие маркеров, а «–» – достоверное отсутствие, так что приведённое обозначение символизирует наличие у клетки всех перечисленных маркеров. Таких клеток оказалось чуть меньше 1% от общего числа, и учёные тут же заподозрили, что где-то здесь и прячутся стволовые клетки. Как позже показали ученые, молекула CD117 критически необходима для нормального развития железы – если её заблокировать у эмбрионов, то у взрослых мышей простаты остаются того же размера.

Но прорывом стала вторая часть работы – биологи ввели 97 мышам под капсулу почки по одной такой клетке, и в 14 случаях вырастили полноценные простаты.

Такой подход разом снимает регулярно встающие перед тканевыми инженерами проблемы. Во-первых, нет необходимости заботиться о питании удаленных от поверхности участков – почка богата сосудами, и «пересаженный орган» не только получает необходимое питание, но и формирует собственную сосудистую сеть.

Во-вторых, хотя основная ткань, в данном случае железистая, развивается из пересаженной стволовой клетки, но поддерживающие ткани, формирующие капсулу, разделяющие дольки и так далее, развиваются либо из материала реципиента, либо, как в эксперименте Гао, – из дополнительно введенных крысиных соединительнотканных стромальных клеток.

Так что такой подход «внутриорганного выращивания» нового органа с последующей пересадкой пока остается наиболее перспективным. А поскольку исследование проводилось не в государственной лаборатории, то и без практически значимой составляющей не обошлось.

Точно такую же популяцию клеток биологи нашли и в простате человека, правда, в концентрации всего 0,2%.

Но если учесть, что в экспериментах на мышах хватило одной-единственной клетки, то для выращивания полноценной железы будет достаточно кусочка простаты любых размеров. Тем более что до создания целого органа дело может и не дойти: при инфаркте миокарда, повреждении нервной системы или печени достаточно введения стволовых клеток, которые лучше ученых знают, куда встроиться, кого вытеснить и до каких пор размножаться.