Стволовые клетки избавили от рака

При выращивании человеческих стволовых клеток учёные применяют гель, сделанный из опухолевых клеток мыши. Оказалось, от животных компонент можно избавиться, химически лишив эмбриональные стволовые клетки стремления образовывать колонии.

Хоть история искусственного культивирования животных тканей и клеток насчитывает более сотни лет, о практической значимости этого направления биотехнологии врачи задумались сравнительно недавно. Экспериментаторы XIX века, поддерживавшие в разной формы сосудах жизнеспособные ткани, и не предполагали, что через сто лет их последователи научатся выращивать всё это из одной клетки.

Такое стало возможным благодаря открытию Мартином Эвансом эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в 1981 году; в прошлом году это его достижение было отмечено Нобелевской премией по физиологии и медицине. ЭСК способны не только быстро делиться, но и превращаться в клетки всех типов, присутствующие в организме; это свойство называется плюрипотентностью.

С открытием эмбриональных стволовых клеток и осознанием перспектив их применения дух захватило не только у врачей и их пациентов, но и у специалистов по биоэтике, которые сразу заметили сильнейший конфликт между естественным желанием помочь больному и необходимостью как-то добывать ЭСК, которые не зря называются эмбриональными. И если работавшим больше века назад Каррелю и Ру приходилось решать исключительно технические проблемы, то у современных учёных голова болит и от этических вопросов.

К счастью, пока этих голов почти не касаются вопросы правовые. Клиническое применение эмбриональных стволовых клеток запрещено в большинстве стран, где технологии дошли до того уровня, который может сделать его возможным. И дело здесь не только в этической стороне вопроса, но и в соображениях безопасности:

при выращивании стволовых клеток применяются компоненты животного происхождения, в том числе и из раковых клеток – например, клеток мышиных опухолей.

И хотя эти компоненты не должны попадать в сами ЭСК, риск генетического или, например, вирусного заражения пациента, которому эти клетки будут пересажены, полностью исключить нельзя. До сегодняшнего дня эта опасность оставалась одним из важных аргументов противников трансплантации стволовых клеток. Помимо риска отторжения или злокачественной трансформации вводимых ЭСК или выращенных из них тканей, существует еще фактор «ксеногенности» – влияния продуктов нечеловеческого происхождения.

Правда, если с этими проблемами удастся справиться, то и горизонты открываются немаленькие. В экспериментах на животных, ЭСК – отличный источник биологического материала для тканевой и органной инженерии, когда из нескольких клеток можно вырастить отдельную ткань или даже часть органа. Более того – способность ЭСК «находить» поврежденный участок в организме и самостоятельно встраиваться и даже превращаться в соответствующий тип клеток подарила надежду многим больным.

Еще один шаг был сделан в конце прошлого года, когда сразу две исследовательские группы сообщили о возможности получения ЭСК без эмбриона – из обычных клеток кожи с помощью небольших генетических манипуляций. Но даже такие «подопечные» не могут обойтись без фидера или геля.

Работа Нобору Сато и его коллег, опубликованная в последнем номере PLoS ONE, позволяет избавиться от животных компонент в среде, в которой выращиваются ЭСК.

Одна из главных проблем культивирования стволовых клеток – как эмбриональных, так и мезенхимальных, получаемых из костного мозга взрослого человека, – состоит в том, что они неизбежно дифференцируются, то есть превращаются в другие клеточные типы. За пару десятилетий способы выращивать ЭСК in vitro («в пробирке») удалось подобрать: помимо определенного состава питательной среды, этим «привередам» необходим так называемый фидер – подложка из инактивированных или мертвых фибробластов кожи мыши или опухолевых клеток.

Следующий этап – специальные гели, позволяющие даже симулировать «подвешенное» состояние. И при производстве этих гелей также не обходится без животных компонентов – их получают из экстракта раковых клеток, от которых, впрочем, оставляют лишь внеклеточный каркас, к которому прикрепляются ЭСК. В таком окружении ЭСК формируют своеобразные колонии, вне которых они попросту не могут существовать, не дифференцируясь в разнообразные клеточные типы.

Так выглядят под микроскопом эмбриональные стволовые клетки человека. В среде с добавлением Y27632 они растут прямо на покрытой поли-D-лизином подложке. Специальный гель для «подвешивания» и формирования трёхмерной колонии им не требуется. //Лаборатория Нобору Сато, Университет Калифорнии в Риверсайде

Сато и его коллеги предположили, что причина этого – в плотных межклеточных контактах, образованных, в частности, нитями белка миозина. Ученые не стали втупую разрушать «клеточные связи», а разобщили сигнальный каскад Rho-Rock, приводящий к их формированию. В первом эксперименте они воспользовались обратимым, а потому потенциально безопасным эффектом РНК-интерференции, а затем даже подобрали химическое вещество с рабочим названием Y27632, которое выполняет ту же функцию.

Эмбриональным стволовым клеткам, связи между которыми разрушены, ни подложка из раковых клеток, ни гели не нужны.

И хотя на «голом» пластике ЭСК все равно жить не захотели, оказалось достаточным покрыть чашки поли-D-лизином, который, в отличие от неизвестных компонентов фидера, не представляет из себя никакой опасности. Как отмечают ученые, ни структура, ни функции человеческих ЭСК от этого не пострадали: они сохранили как способность к делению, так и свойство плюрипотентности – умение превращаться во все клетки нашего организма. Так что арсенал биотехнологов пополнился хорошим инструментом.

Правда, от всех животных продуктов «культуральщики» избавятся не скоро, и будет это довольно дорого.

В подавляющем большинстве случаев в среду добавляют ещё и телячью сыворотку, содержащую белки и факторы роста в нужной пропорции. Собрать что-то подобное из «чистых» составляющих возможно, но это приведет минимум к десятикратному удорожанию процедуры.

Поскольку Сато и его коллеги с самого начала «замахнулись» на человеческий биологический материал, то уже в скором времени стоит ждать немало экспериментальных работ с использованием этого метода. А там, глядишь, дойдёт дело и до практического применения – если метод покажет себя безопасным, а законы изменятся. Правда, этической проблемы работа Сато не снимает.