Российские учёные показали, что эмбриональные стволовые клетки больше не нужны

В научной работе, выполненной сотрудниками Института общей генетики РАН, Федерального научного центра физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ), при участии сотрудников Московского физико-технического института (МФТИ), было доказано, что стволовые клетки, полученные из "взрослых" клеток организма, отличаются от "эталонных" стволовых вовсе не из-за процесса перепрограммирования.

Стволовые клетки — это клетки, которые могут неограниченно делиться. Они имеют чёткую специализацию (своего рода профессию), но также могут превращаться в клетки других типов. Именно стволовые клетки обеспечивают восстановление тканей и органов, именно из них берутся новые клетки взамен утраченных.

Медики и учёные выделяют несколько типов стволовых клеток в зависимости от их универсальности. Те клетки, которые могут превратиться в любую иную клетку, называются плюрипотентными. Во взрослом организме плюрипотентных стволовых клеток нет, это состояние характерно только для клеток, которые можно найти в эмбрионе человека на первых днях развития.

Плюрипотентные клетки можно получить двумя способами. Первый — это взять их из ранних эмбрионов человека, невостребованных для процедуры экстракорпорального оплодотворения, поскольку тело эмбриона формируется из этих клеток. Этот способ имеет очевидные ограничения как этического, так и технического характера, поэтому исследователи с самого начала искали ему альтернативу. Ей стало перепрограммирование обычных взрослых клеток организма в стволовые.

Перепрограммирование, или репрограммирование — это серия операций, которая призвана "включить” те гены, что активны в стволовой клетке и "выключить” те, которые определяют клеточную специализацию. Осуществляется репрограммирование методом внесения в клетку генов четырёх белков, которые в норме очень важны на этапе раннего эмбриональнонр развития. За определение набора этих генов и генетическое репрограммирование японский исследователь Синъя Яманака получил в 2012 году Нобелевскую премию по медицине.

Уникальные способности стволовых клеток к длительной пролиферации (размножению клеток) и к дифференцировке (превращению в другие виды клеток) делают их перспективным инструментом для клеточной терапии. Из стволовых клеток уже делают клетки пигментного эпителия сетчатки глаза для пересадки пациентам, и клетки спинного мозга для помощи парализованным людям, а в опытах на мышах стволовые клетки продемонстрировали способность восстанавливать утраченные зубы, также они помогли решить проблему облысения.

Теоретически, стволовые клетки могут восстановить практически любой орган, поэтому неудивительно, что это направление медицины активно развивают по всему миру. Понятен и интерес к репрограммированным, или, как ещё их называют, индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам (ИПСК). Они не только избавляют от необходимости использовать эмбрионы, их можно получать непосредственно из клеток самих пациентов.

Проблема современной медицины стволовых клеток заключается в том, что степень схожести между репрограммированными стволовыми клетками и "золотым стандартом" плюрипотентности, то есть эмбриональными стволовыми клетками, до сих пор не ясна. Предыдущие исследования показали, что между ними есть серьёзные различия — однако эти опыты были проведены на ограниченном количестве клеток различного происхождения

Российские исследователи решили сравнить между собой эмбриональные стволовые клетки, три разных типа полученных из них обычных клеток и три типа стволовых клеток, которые получились из тех клеток, что образовались из обычных путём перепрограммирования. Все эти клетки были изогенными — то есть содержали один и тот же набор генов.

Детальное изучение изменений активности генов привело исследователей как к выводу о сходстве эмбриональных клеток с перепрограммированными, так и к созданию перечня из 275 ключевых генов, активность которых позволяет корректно представить результаты репрограммирования.

Учёными был сделан вывод, что сам по себе процесс репрограммирования и тип родительских клеток (из кожи, мочи или любые другие) не оставил каких-либо конкретных следов в ДНК ИПСК. Наблюдавшиеся различия между разными клетками исследователи связали с воздействием случайных факторов.

"В ходе исследования мы сформулировали концепцию наилучшей линии индуцированных плюрипотентных клеток: при наличии пяти клонов таких клеток можно с 95% вероятностью отобрать фактически неотличимые от "золотого стандарта", — говорит Дмитрий Ищенко, аспирант МФТИ и научный сотрудник ФНКЦ ФХМ.

Под словом "клон” подразумеваются клетки, получившиеся при делении какой-то одной. Если сначала взять эмбриональную стволовую клетку, потом дать ей превратиться в пять разных специализированных, потом эти специализированные репрограммировать в стволовые и получить пять разных наборов (линий) клеток — в этом случае с вероятностью 95% хотя бы одна линия окажется такой же, как исходные эмбриональные клетки.

На практике, конечно, никто не станет при наличии эмбриональных стволовых клеток превращать их сначала в клетки нервной или соединительной ткани, а затем снова перепрограммировать — это долго и дорого. Но такой опыт смоделировал ситуацию, когда клетки пациентов (они ведь когда-то появились именно из эмбриональных клеток) репрограммируют в индуцированные плюрипотентные для дальнейшего применения в медицинских целях.

Новое исследование, хотя и не открывает немедленной возможности выращивать органы в пробирке, является важным шагом в этом направлении. Кроме регенеративной медицины, понимание сходства и различия эмбриональных/индуцированных стволовых клеток важно и с теоретической точки зрения. Знания механизмов регуляции клеточного роста вкупе с тонкой настройкой клеточной специализации важны и для изучения развития организма, и, возможно, для исследования превращения обычных клеток в раковые.

Полные результаты исследования российских учёных были опубликованы журналом Cell Cycle.