Стволовые клетки
Cтволовые клетки сегодня у всех на слуху. Ими пытаются лечить самые разные заболевания, и, судя по сообщениям в прессе, они творят чудеса. «Способные превращаться в любые ткани, они сами находят «слабые места», восстанавливая ткани сосудов, желез, мышц, нервов» или «разглаживаются морщины, появляется прилив сил…» — гласят рекламные пресс-релизы. Одним словом, в современную медицину — рациональную, аналитическую, разделенную на множество веточек-специальностей, снова вернулся древний образ панацеи. Даже непонятно, почему стволовые клетки еще не вылечили все на свете болезни и не вытеснили из обращения все прежние лекарства. Что же на самом деле представляют собой эти чудоклетки и на что они способны?
Стволовые клетки — иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка). Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться.
Еще в самом начале XX века было известно, что зрелые кровяные клетки неспособны к размножению, а самые многочисленные из них — эритроциты — даже утрачивают ядро вместе со всем хромосомным аппаратом. Это, конечно, случай крайний, но вообще-то отказ от производства себе подобных характерен для большинства специализированных клеток в человеческом организме — мышечных, железистых, нервных. Но если нейроны или, скажем, яйцеклетки могут жить десятилетиями, то красные кровяные тельца — около ста дней. Однако меньше их при этом не становится. Откуда же они берутся?
В 1900-х годах известный гистолог, профессор Военно-медицинской академии Санкт-Петербурга Александр Максимов исследовал развитие клеток крови и создал довольно стройную теорию. Согласно ей в красном костном мозгу живут специальные клетки, единственное занятие которых — делиться. После каждого деления, как и положено, получаются две одинаковые молодые клетки. Но в одной из них начинаются морфологические изменения, в результате которых она превращается в одну из клеток крови. Другая же, подросши до нужного размера, вновь делится — и опять одна из двух ее «дочек» выбирает карьеру кровяной клетки, а другая занимает место «мамы». Можно представить, что делящиеся клетки как бы образуют ствол, от которого в каждом цикле вбок отходят веточки — клетки, приобретающие специализацию. Видимо, поэтому Максимов, излагая в 1909 году свое открытие на заседании гематологического общества в Лейпциге, назвал клетку-прародительницу всех клеток крови Stamzelle, то есть стволовой.
От Максимова до Фриденштейна
По сути дела, существование стволовых клеток было «открытием на кончике пера»: ни сам Максимов, ни кто-либо другой в ту пору их не видел, точнее, не мог различить среди многочисленного и разнообразного клеточного «населения» костного мозга. Позднее теория получила прямые доказательства, однако долгое время считалось, что такие клетки характерны только для кроветворной ткани, за счет которой кровь непрерывно обновляется. Но ведь постоянная смена клеточного состава — это необходимое условие существования любого эпителия, от выстилки носоглотки до наружного слоя кожи (именно поэтому татуировку приходится загонять под него — иначе даже самая стойкая краска через несколько дней сойдет вместе со своим живым «холстом»). В основе этого непрерывного обновления лежит тот же механизм: часть потомков делящихся неспециализированных клеток приобретает определенные свойства. Подсчитано, что за 70 лет жизни человека его стволовые клетки в регулярно обновляющихся тканях производят в общей сложности около 14 тонн живой массы. Причем на клетки крови приходится только одна пятая этого количества, львиную же долю (около двух третей) постоянно порождаемой и теряемой плоти составляет эпителий кишечника.
Мышцам и сосудам постоянное обновление вроде бы не требуется, однако в определенных обстоятельствах, скажем, при травме или под действием регулярных физических нагрузок, они тоже используют эту функцию. Совсем, казалось бы, не склонные к регенерации кости человека и других млекопитающих все-таки срастаются после переломов, заполняя разрыв вновь образованной костной тканью. И во всех этих случаях новая ткань образуется не за счет деления специализированных клеток, а за счет дифференцировки (так называется процесс клеточной специализации) части потомков делящихся клеток, которые, как выяснилось, есть во всех этих тканях. Иногда они имеют особые названия: клетки, способные превратиться в мышечную ткань, называются миобласты, в костную — остеобласты и т. д. Общее же их название — тканевые стволовые клетки. Оно отражает их главную особенность — способность развиться в любой тип клетки определенной ткани, обычно той, в которой или возле которой данная стволовая клетка живет.
Однако еще в 1960-е годы советский гематолог Александр Фриденштейн обнаружил все в том же костном мозге среди обычных кроветворных стволовых клеток небольшое количество еще более пластичных. В опытах Фриденштейна и его сотрудников эти клетки (он их назвал мезенхимальными) превращались в хрящевую, костную, жировую ткань и, похоже, могли дать начало любому из примерно 230 типов клеток человеческого организма. А могли и не давать: в лаборатории Фриденштейна их научились неограниченно размножать «в пробирке» (точнее, в специальном сосуде – чашка Петри) так, что из одной клетки вырастала целая колония, но все ее члены оставались стволовыми клетками.
Есть группа заболеваний, для которых уже сегодня пересадка стволовых клеток (своих или донорских) — не только стандартный, но основной или даже единственный действенный метод лечения. Так, например, устраняются последствия очень жестких форм противоопухолевой химиотерапии, уничтожающей вместе с раковыми клетками всю кроветворную ткань. По окончании такого курса больному просто подсаживают донорский костный мозг, и чужие стволовые клетки успешно заменяют погибшие собственные. Тот же метод (и по той же причине) применяется при лечении лучевой болезни. При лейкозе — когда кроветворная ткань пациента уничтожается намеренно, поскольку ее клетки встали на путь злокачественного перерождения (эта парадоксальная форма рака, при которой собственно опухоль отсутствует вовсе). Или — когда иммунная система по непонятным причинам атакует некоторые собственные ткани организма (к таким заболеваниям, называемым аутоиммунными, относятся, в частности, рассеянный склероз, ревматоидный артрит и системная красная волчанка). Наконец, есть заболевания, вызванные самопроизвольно возникающим дефицитом стволовых клеток во всем организме либо в каком-то конкретном органе или ткани (например, системный остеопороз). Все это эффективно лечится введением недостающих клеток. Соответствующие методики давно разработаны и применяются в клиниках.
Наибольших успехов в этом направлении достигла, пожалуй, ортопедия благодаря тому, что биохимики выделили сигнальные белки (получившие название BMP — bone morphogenic proteins), стимулирующие превращение стромальных стволовых клеток в остеобласты, создающие костную ткань. Эти белки вводятся в имплантат — кусок медленно рассасывающегося полимера (например, коллагена), форма которого соответствует форме недостающей кости. Имплантат вживляется на нужное место, сочащиеся из него BMP притягивают из крови стромальные клетки (выброс которых из костного мозга обычно еще и стимулируют искусственно), те оседают на имплантат и превращаются в остеобласты. Через несколько месяцев от имплантата уже нет и следа, а на его месте красуется новенькая прочная кость. Таким манером американские врачи сумели вылечить даже 91-летнюю бабушку. Ее сломанная нога не могла срастись 13 лет (и немудрено — в таком возрасте у человека практически нет стромальных клеток), а после подсадки имплантата с BMP срослась за восемь месяцев. У молодых пациентов, у которых популяции стромальных клеток более многочисленны, на выращивание 25-сантиметрового отрезка крупной кости уходило месяца два.
Можно действовать и по-другому — прямо в лабораторной склянке «объяснить» клеткам, во что они должны вырасти, и уже этот готовый продукт пересадить пациенту. Таким путем в лабораториях разных стран сегодня выращивают лоскуты живой человеческой кожи (для пересадок на обожженные места), хрящи в форме уха и даже участки кровеносных сосудов — настоящие, многослойные, с эпителием внутри и мышцами в толще стенки. В январе 2005 года группа исследователей из Манчестерского университета объявила о создании биологического принтера, способного печатать участки живой ткани заданной формы и состава (рабочая часть устройства сделана на базе обычного струйного принтера). А в апреле прошлого года ученые из Института регенеративной медицины Университета Уэйк-Форест (Северная Каролина) под руководством доктора Энтони Аталы и врачи Бостонского центра детской медицины объявили о нескольких успешных операциях, сделанных детям, страдавшим врожденным недоразвитием мочевого пузыря. Доктор Атала и его сотрудники научились выращивать купол мочевого пузыря из собственных стволовых клеток пациента. Готовая «деталь» подшивается к имеющейся у пациента нижней части органа, и реконструированный таким образом пузырь в дальнейшем исправно выполняет свои функции.
Кроме того, полным ходом идет расшифровка химических команд, направляющих развитие стволовых клеток по тому или иному пути. Японские ученые обнаружили, что вещество 5-азоцитидин стимулирует превращение стромальных стволовых клеток в клетки миокарда. Определены и сигнальные вещества, превращающие их в нейроны. Однако как раз в лечении болезней, связанных с повреждением нервной ткани (инсультов, паркинсонизма, параличей, разрывов нервных стволов и спинного мозга и т. д.), вопреки ожиданиям результаты до обидного скромны и невнятны. Научившись уверенно превращать стволовые клетки в нейроны (и даже в нейроны определенного типа), исследователи столкнулись с неприятным фактом: новые нейроны, возникающие из стволовых клеток, не могут включиться в нервную систему. Похоже, что в ней предусмотрена специальная защита от восстановления погибших нейронов, отвергающая помощь стволовых клеток. Выделены даже особые сигнальные вещества, появляющиеся в зоне травмы и препятствующие образованию межклеточных связей. Логика природы ясна: в отличие от почти всех остальных тканей организма (кроме разве что иммунной) клетки нервной ткани невзаимозаменяемы. Каждый нейрон несет уникальную информацию, и создавать новые нейроны взамен погибших столь же малополезно, как вставлять в книгу чистые листы вместо выпавших текстовых. Более того, поскольку нейрон, в отличие от книжной страницы, не только носитель информации, но и активный элемент системы управления, замена его другим, не обладающим его «компетенцией», может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому регенерация нервной ткани (по крайней мере, «автоматическая», бесконтрольная) не только не нужна, но и опасна — и эволюция приняла меры против нее.
Сотрудники Солковского института биологических исследований в Ла-Джолле (Калифорния) во главе с доктором Хуаном Карлосом Исписуа Бельмонте сумели восстановить у цыплят ранее ампутированные крылья, активизировав гены семейства Wnt. Кодируемые ими белки служат сигнальными веществами при формировании конечностей во время эмбрионального развития. У взрослых животных гены Wnt обычно неактивны, но группа доктора Бельмонте нашла способ активизировать их, добившись полной регенерации удаленного крыла. Почему высшие позвоночные, сохранив в геноме необходимые для регенерации гены, отказались от их использования — это, конечно, отдельный интересный вопрос, на который еще предстоит ответить науке. Но раз их можно запустить у цыплят, значит, в принципе это можно сделать и у человека, в геноме которого тоже есть эти гены. Агентство передовых исследовательских проектов Пентагона DARPA уже объявило о выделении трем группам грантов на общую сумму 7,6 миллиона долларов для решения фантастической задачи: разработки технологии отращивания человеческих конечностей. Один из получателей грантов — директор центра инженерии тканей Макгоуэновского института регенеративной медицины Стивен Бэдилак — обещает в течение ближайших двух лет научиться формировать у млекопитающих бластему (скопление стволовых клеток, способных превратиться в тот или иной орган), а еще через два года освоить выращивание пальцев. Правда, его коллеги пока что благоразумно воздерживаются от упоминания конкретных сроков.
О чем же тогда идет речь в рекламных проспектах и модулях? Чем лечат всех желающих многочисленные коммерческие клиники и салоны красоты?
Как показывает проверка, значительная часть предлагаемых там «панацей» вообще не содержит клеток — ни стволовых, ни каких-либо иных. «Нас попросили проверить десятка полтора образцов «препаратов стволовых клеток», — свидетельствует профессор Сергей Киселев. — Только в одном или двух из них обнаружились какие бы то ни было живые клетки». Иногда, впрочем, это ясно и без углубленной экспертизы. Напомним: если стволовые клетки в самом деле что-то могут, то не благодаря каким-то заключенным в них особым веществам, а только за счет процессов своей жизнедеятельности — делению и дифференцировке. Следовательно, всевозможные «клеточные экстракты», «экстракты клеточных биомолекул» и т. п. не имеют никакого отношения к лечению стволовыми клетками. Столь же уверенно можно исключить мази, кремы и лосьоны. Даже если при их изготовлении использовались живые клетки, у них нет ни единого шанса дожить до встречи с пациентом. Всякого рода «стабилизированные биоинтегральные клетки» или «специфические клетки в гомеопатической потенции» вообще не стоят упоминания: такие витиеватые словосочетания рассчитаны только на невежество пациентов.
Стволовые клетки пуповинной крови
Исторически, костный мозг стал первым источником стволовых клеток, который был использован для трансплантации, однако, уже в начале 80-х годов стало известно, что богатым источником стволовых клеток является и пуповинная кровь. Первая успешная трансплантация пуповинной крови, полученной от «сиблинга», т.е. второго ребенка в той же семье, была проведена в 1988 году по поводу врожденной апластической анемии.
Хотя пуповинная кровь содержит в среднем меньше стволовых клеток, чем костный мозг, по целому ряду параметров она превосходит его. Содержащиеся в ней стволовые клетки «молоды», т.е. обладают наибольшим потенциалом к размножению и дифференцировке. Вероятность инфицирования пуповинной крови в процессе внутриутробного развития ребенка минимальна. Необходимая для трансплантации доза стволовых клеток пуповинной крови почти в 10 раз ниже аналогичной по эффекту дозы уже исчерпавших часть своего потенциала клеток взрослого человека. Пуповинная кровь обогащена не только кроветворными, но и другими клетками-предшественниками. Многие исследования подтверждают, что в пуповинной крови содержаться клетки, способные в определенных условиях дифференцироваться в клетки печени, эндотелиальные и мышечные клетки, нейроны и т.д.
Банки стволовых клеток
Программы по созданию банков стволовых клеток пуповинной крови активно развиваются практически во всех странах мира. Инициатором этого направления стал профессор Х.Броксмейер, под руководством которого была заложена первая коллекция пуповинной крови для последующих трансплантаций. Полученные им данные послужили толчком к созданию банков-регистров, хранящих безымянные (безвозмездно сданные) образцы. Сегодня в мире насчитывается около 50 активных банков-регистров, в которых хранится в общей сложности примерно 400 тысяч единиц пуповинной крови, предназначенных для неродственных трансплантаций, а поиск совместимого донора производится по тем же принципам, что и донорского костного мозга.
«Именное» хранение стволовых клеток
«Именные» или «семейные» банки стволовых клеток пуповинной крови представляют собой альтернативу банкам-регистрам. Эти банки осуществляют целевое хранение клеток, направленное на их перспективное применение в случае возникновения заболевания у самого ребенка или его ближайших родственников. Собственником хранящихся клеток в данном случае выступает не сам банк, а ребенок, из пуповинной крови клетки были получены, или уполномоченное им лицо (обычно, один из родителей).
В отличие от банков-регистров, нормальное функционирование которых (т.е. высокая вероятность подбора совместимого донора) возможно лишь при определенном объеме хранилища (обычно, десятки тысяч образцов), именные банки не имеют подобных ограничений. Во всем мире «именное» хранение стволовых клеток пуповинной крови развивается не менее активно, а количество образцов, хранящихся в частных банках, не уступает коллекции банков-регистров.
Биологическая страховка
По статистике вероятность того, что родившийся здоровым ребенок может в будущем заболеть одной из форм заболеваний, для лечения которых потребуются стволовые клетки, относительно мала. По данным разных авторов она колеблется от 1:200 до 1:5000, но все же реально существует. Гарантии, что заболевание минует именно Вашего ребенка или кого-то из близких Вам людей, нет.
У стволовых клеток пуповинной крови есть одно (помимо всех прочих) неоспоримое преимущество — абсолютная генетическая идентичность тканям ребенка, из пуповинной крови которого они были получены. В этом плане сохранение стволовых клеток пуповинной крови можно рассматривать, как одну из форм «биологического» медицинского страхования, поскольку:
• однажды полученные, они могут храниться десятилетиями;
• стволовые клетки могут никогда не понадобиться, но в медицине известны случаи, когда женщина была вынуждена беременеть и рожать, чтобы обеспечить донора для больного ребенка с отнюдь не абсолютной уверенностью в генетической идентичности детей;
• в случае необходимости, заблаговременно заготовленные клетки останется только извлечь из криогенного хранилища и разморозить, не тратя время на поиск совместимого донора (длительный и часто безуспешный);
• стоимость сохранения стволовых клеток пуповинной крови в десятки раз ниже, чем приобретение донорских (если таковые найдутся).
Получение пуповинной крови для выделения стволовых клеток
В большинстве случаев, забор пуповинной крови проводится сразу после рождения ребенка и пересечения пуповины, т. е. в промежутке перед изгнанием последа. Это технически проще и позволяет получить больший объем пуповинной крови. Вид родов (естественные или кесарево сечение) практически не сказывается на успехе процедуры, хотя при кесаревом сечении требуется больше внимания и сноровки персонала.
Забор пуповинной крови проводится в шприцы большого объема (50–60 мл) или «мешки» донорской системы. Предварительные данные, полученные в банках, свидетельствуют, что шприцевой метод имеет ряд преимуществ: он проще, позволяет получать несколько большие объемы пуповинной крови, сопряжен с меньшим количеством ошибок со стороны персонала. В любом случае забору пуповинной крови должно предшествовать интенсивное обучение персонала родильного блока, что позволяет избежать большинства возможных ошибок, и, прежде всего, инфицирования крови в процессе забора.
Объем полученной пуповинной крови является достаточно жестким условием, с точки зрения целесообразности последующего выделения и хранения стволовых клеток. Минимальный объем, рекомендуемый различными банками, как целесообразный, колеблется от 40 до 60 мл, однако при «именном» хранении право принятия окончательного решения остается за родителями. Тем не менее, учитывая, что в конечном итоге стволовые клетки предназначены для эффективного клинического применения, следует уделять больше внимания возможности проведения дополнительных процедур по извлечению дополнительного количества крови из сосудов уже родившейся плаценты.
Роль врача акушера-гинеколога в принятии решения о хранении стволовых клеток
Акушер-гинеколог и педиатр должны ориентироваться не только в привычных для них областях медицины, но и в ее новейших направлениях. Это относится и к проблеме стволовых клеток пуповинной крови. Некоторые пациенты могут спрашивать об этом из простого любопытства, для других хранение и использование стволовых клеток может быть жизненно необходимым. Поэтому, врач должен быть готов ответить на вопрос будущей матери: «Стоит ли мне сохранить стволовые клетки пуповинной крови моего ребенка?»
Для врача, наблюдающего беременную, не составляет особого труда выяснить:
- нет ли в истории семьи онкологических заболеваний, болезней крови или тяжелых болезней обмена,
- как обстоят дела с аутоиммунными заболеваниями типа диабета или волчанки,
- не страдает ли кто из старших членов семьи нейродегенеративными заболеваниями.
Не стоит забывать и о болезнях сердечно-сосудистой системы, особенно, если ранние инфаркты и инсульты встречались в семейной истории. Все это — не что иное, как основные показания к сохранению стволовых клеток. Особое внимание возможности сохранить стволовые клетки следует уделить в случае, если эта беременность уже не первая, а у кого-то из детей существуют перечисленные выше проблемы.
Владея достоверной информацией, грамотный врач может не только проконсультировать будущую маму в интересующих ее вопросах, но и дать некоторые более конкретные рекомендации — подсказать, где и как можно организовать сбор пуповинной крови, какому из банков стволовых клеток следует доверить клетки своего ребенка.
Источники:
Википедия — свободная энциклопедия