25.07.2005 | Наука

Клетки на всякий случай

Стволовые клетки могут стать универсальным средством от множества болезней. Если объяснить им, чего мы от них хотим.

В научную медицину вернулась древняя мечта о панацее – универсальном лекарстве от всех болезней. Столетиями медицина развивалась путем специализации – создании все более эффективных средств и методов лечения отдельных болезней. И вдруг буквально за несколько лет в ней возникло сразу два мощных направления, каждое из которых претендует на универсальность: генная и клеточная терапии.

О генной терапии мы поговорим в другой раз, а сейчас попробуем разобраться с терапией клеточной. Вероятно, каждый образованный человек уже хоть что-то, да слышал про ее основу – стволовые клетки. Их находят повсюду, ими пытаются лечить самые разные заболевания, и судя по сообщениям в прессе, они везде творят чудеса. Так что даже непонятно, почему о них не знали раньше и почему ими немедленно не заменили всю традиционную медицину.

Что же такое стволовые клетки и когда наука о них узнала?

Теория профессора Максимова

В 1900-х годах известный гистолог, профессор военно-медицинской академии в Санкт-Петербурге Александр Максимов исследовал развитие клеток крови. Уже тогда было известно, что зрелые кровяные клетки неспособны делиться, а самые многочисленные из них – эритроциты – даже утрачивают ядро вместе со всем хромосомным аппаратом. Это, конечно, случай крайний, но вообще-то отказ от деления характерен для большинства специализированных клеток в человеческом организме – мышечных, железистых, нервных. Но если нейроны или, скажем, яйцеклетки могут жить много десятилетий, то срок жизни эритроцитов – около ста дней. Однако меньше их при этом не становится. Откуда же они берутся?

Исследования привели Максимова к довольно стройной теории. 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 (как она узнает, в какую именно клетку ей следует превратиться, – это отдельный интересный вопрос). Другая же, подросши до нужного размера, вновь делится – и опять одна из двух ее «дочек» выбирает карьеру кровяной клетки, а другая занимает место «мамы». На схематическом изображении делящиеся клетки как бы образуют ствол, от которого в каждом цикле вбок отходят веточки – клетки, приобретающие «профессию». Видимо, поэтому Максимов, излагая в 1909 году свое открытие на заседании гематологического общества в Лейпциге, назвал клетку-прародительницу всех клеток крови Stamzelle, т. е. стволовой клеткой.

По сути дела, это было «открытие на кончике пера»: ни сам Максимов, ни кто-либо другой в ту пору не видел этой удивительной клетки, точнее – не мог различить ее среди многочисленного и разнообразного клеточного населения костного мозга.

Позднее теория стволовой клетки получила прямые гистологические доказательства, однако долгое время считалось, что такие клетки характерны только для кроветворной ткани – именно потому, что кровь непрерывно обновляется.

Но постоянная смена клеточного состава идет не только в крови. Это необходимое условие существования любого эпителия, от выстилки кишечника 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: делящиеся неспециализированные клетки, часть потомков которых приобретает специализацию, а другая продолжает делиться. Крайнее выражение этот принцип получает в волосяных луковицах: часть их бурно делящихся клеток тоже «специализируется» – покрывается кератиновой оболочкой и отмирает, образуя вещество волоса.

Мышцам и сосудам постоянное обновление вроде бы не требуется, однако в определенных обстоятельствах – скажем, при травме или под действием регулярных физических нагрузок – они тоже способны к росту. 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. В некоторых случаях 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 60-е годы советский гематолог Александр Фриденштейн обнаружил что все в том же костном мозгу среди обычных кроветворных стволовых клеток есть небольшое количество клеток 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, имеющихся в человеческом организме.

А могли и не давать – в лаборатории Фриденштейна их научились неограниченно размножать «в пробирке» (точнее, в чашках Петри) так, что из одной клетки вырастала целая колония, и все ее члены оставались стволовыми клетками.

За рубежом работ Фриденштейна не заметили – сказывалась нарастающая самоизоляция советской науки. Гораздо позже эти клетки были переоткрыты американскими учеными, которые назвали их стромальными. Первооткрыватель универсальных стволовых клеток умер в 1998 году, и примерно тогда же начался нынешний бум вокруг клеточной терапии. 

Перезагрузка органов

Идея этой терапии проста до неприличия. Если не считать грубых внешних воздействий (отравлений, ран, перегревов-переохлаждений и т. д.), любая человеческая болезнь происходит от того, что какая-то ткань или орган ведет себя неправильно. И раз у нас есть клетки, способные превратиться во что угодно, то почему бы не сделать из них здоровый орган и заменить им больной? Скажем, в США, где операция пересадки сердца поставлена на поток, таких операций делается около двух тысяч в год. Потребность в них – вдесятеро больше, но остальным просто не хватает донорских сердец. К тому же чужое сердце, даже идеально подобранное по антигенным характеристикам, вызывает иммунный ответ, который придется подавлять – а это делает человека уязвимым для инфекций и к тому же дает неприятные побочные эффекты. Куда приятней и безопасней было бы пересадить пациенту сердце, выращенное из его же собственных стволовых клеток.

Для лечения цирроза будем превращать стволовые клетки в ткань печени, для диабета – в островковые клетки поджелудочной железы и т. д. Главное – понять, какая именно деталь организма не справляется со своими обязанностями (или, наоборот, берет на себя лишнее). А что именно в ней не так, можно даже не выяснять: снесем и установим заново!

Иногда так и получается. Уже не первое десятилетие применяется такой радикальный способ лечения лейкемии: радиоактивное облучение уничтожает у больного костный мозг вместе со злокачественно переродившимися клетками, а вместо них вводится донорский костный мозг или даже чистая фракция стволовых клеток. Метод дает очень неплохие результаты, в ряде случаев он вообще остается единственной надеждой. Таким же образом лечат некоторые аутоиммунные болезни (системную красную волчанку, рассеянный склероз, ревматоидный артрит и т. п.), при которых иммунная система по непонятным причинам начинает атаковать собственные ткани. Заметим, однако, что стволовые клетки в этих случаях используются не стромальные, а кроветворные, и довольно часто – чужие. Последнее обстоятельство сразу влечет за собой проблемы подбора доноров, иммунной совместимости и т. д. При лейкемии и аутоиммунных заболеваниях больным терять нечего: угроза их жизни коренится в иммунной или порождающей ее кроветворной ткани, которые так или иначе придется «сносить». Но в общем случае хотелось бы, чтобы лечение было более надежным и менее разрушительным. И вообще – речь вроде же шла о том, чтобы использовать собственные стромальные клетки.

С ними, однако, все не так просто: откуда, собственно, их брать? В костном мозге новорожденного одна стромальная клетка приходится примерно на 10 тысяч кроветворных стволовых. У подростка – уже на 100 тысяч. К 50 годам это соотношение достигает 1:500 000, а к 70 в стандартной пункции костного мозга может просто не оказаться ни одной стромальной клетки. В то время как надобность в них с возрастом, мягко говоря, не уменьшается.

Этим, кстати, и объясняется бросающаяся в глаза несуразность: имея клетки, способные восстановить любую ткань, наш организм не пользуется ими при наиболее массивных и опасных повреждениях. На месте омертвевшего участка сердечной мышцы возникает не новая мышечная ткань, а грубый рубец из соединительной ткани, неспособный ни сокращаться, ни проводить сигналы. Такая же халтурная заплатка-шрам развивается на месте любого достаточно обширного ранения – хотя с помощью стволовых клеток можно было бы не только восстановить нормальные кожные покровы, но даже заново отрастить утраченную конечность! На самом деле этого не происходит именно из-за малочисленности стромальных клеток. Правда, получив сигнал о повреждении, они начинают ускоренно размножаться. Прямыми экспериментами показано, что сразу же после инфаркта костный мозг начинает выбрасывать в кровь стволовые клетки, но их содержание в крови достигает максимума только на шестой день. Однако к тому времени в зоне инфаркта уже формируется рубец: защитные механизмы нашего тела не рассчитаны на палату интенсивной терапии, где можно в покое и безопасности заращивать дырку в миокарде. Они исходят из того, что подобные травмы угрожают организму быстрой смертью, и их надо как можно скорей заткнуть заплаткой, которая позволит поврежденному телу хоть как-то жить дальше.

Но вернемся к проблеме источника универсальных стволовых клеток. Неожиданную надежду на ее решение дало пресловутое клонирование. Если для получения этим путем жизнеспособного человеческого существа нет решительно никаких разумных и уважительных причин, то получение клонированных зародышей может оказаться весьма полезным. У человека в любом возрасте можно взять обычную клетку и пересадить ее ядро в донорскую яйцеклетку. Та немедленно начнет дробиться (прямо в пробирке) и к пяти дням достигнет стадии бластоцисты – полого шарика из нескольких сотен клеток, значительную часть которых составляют универсальные стволовые клетки. Они могут превращаться в любую человеческую ткань, их можно выделить, размножить и неограниченно долго поддерживать в виде клеточной культуры, а их генетическая идентичность тканям пациента исключает проблемы с иммунитетом.

С эмбриональными (в том числе и клонированными) стволовыми клетками работают многие исследователи в разных странах мира, однако в клинической практике они пока не применяются. Отчасти развитие этого направления сдерживается непримиримой позицией католической церкви и нынешней администрации США, считающих недопустимым всякое клонирование. Но есть и более серьезные причины: эмбриональные клетки плохо понимают регулирующие сигналы взрослого организма, и их введение может вызвать образование раковой опухоли. Лечение такими клетками сегодня означало бы игру в русскую рулетку.

Непослушное волшебство

Но даже имея под рукой самые универсальные стволовые клетки в нужном количестве, медики часто оказываются в положении ученика чародея, завладевшего волшебной палочкой: он знает, что она может все, но не знает, как ей объяснить, чего он хочет. В самом деле, как сообщить универсальной клетке, во что ей надо превращаться в данном конкретном случае?

Самый простой способ – ввести ее в зону поражения и предоставить там разбираться самой. И это иногда срабатывает. Простая инъекция взвеси клеток – и вместо положенного рубца на месте инфарктного омертвения вновь образуется здоровая сердечная мышца . Или в ишемической, не получающей достаточного количества крови стенке сердца прорастают дополнительные кровеносные сосуды. Специальные исследования показывают: клетки, из которых состоят эти сосуды, – потомки введенных стволовых клеток.

Пока, однако, такие истории, даже если они происходят не в опыте на животных, а в реальной больнице, выглядят скорее рассказами о чудесном исцелении, нежели отработанной клинической методикой. Вводя стволовые клетки, врач никогда не уверен, что у данного пациента они сработают нужным образом. В публикациях мелькают цифры: достоверное улучшение зафиксировано в стольких-то процентах случаев. И даже задним никто числом не может объяснить, почему у одних больных клетки сделали то, что надо, а у других, находящихся в точно таком же состоянии, – нет.

Особенно обидно, что самые скромные и невнятные успехи наблюдаются там, где ожидания были больше всего – в лечении болезней, связанных с повреждением нервной ткани: инсультов, паркинсонизма, параличей, разрывов нервных стволов и спинного мозга. Доля больных, состояние которых улучшалось в результате лечения стволовыми клетками, в этих случаях минимальна – хотя сами улучшения достоверно доказаны. В некоторых случаях введение чудо-клеток приводит даже к ухудшению. Состояние же большинства таких больных вообще никак не изменяется. Видимо, в нервной системе предусмотрена специальная защита от «восстановления» погибших нейронов, отвергающая помощь стволовых клеток. Уже выделены сигнальные вещества, появляющиеся в зоне травмы и препятствующие образованию межклеточных связей. В результате новые нейроны, возникающие из стволовых клеток, не могут включиться в нервную систему.

Слабым утешением может служить то, что и в организме стволовые клетки не всегда понимают, что от них требуется. Исследования, проведенные в московском Институте экспериментальной кардиологии, показали, что при атеросклерозе увеличивается поступление стромальных стволовых клеток в кровяное русло, а оттуда – непосредственно в окрестности склеротических бляшек. Через некоторое время на этих местах в стенках сосудов появляется хрящевая и даже костная ткань. Воспринимая склеротическое сужение сосудов как повреждение, клетки, видимо, пытаются его «залечить». Но действия, уместные при латании дырки, в этом случае только усугубляют болезненное перерождение сосуда.

Применение стволовых клеток «наугад» продолжается (обычно по жизненным показаниям – в тех случаях, когда другое лечение невозможно или не помогает). Но иждивенческие надежды медиков на то, что клетки сами знают, что им делать, понемногу рассеиваются. Становится ясно, что если мы всерьез хотим использовать их фантастические возможности, нам надо научиться управлять их поведением и отдавать им команды на их собственном языке.

Учиться этому языку лучше, конечно, не в клинике, а в лаборатории – поместив клетки в контролируемые условия и воздействуя на них заведомо известными химическими сигналами. И наиболее стабильные и бесспорные успехи клеточной терапии связаны именно с таким подходом. Дальше всех ушла 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 почти не остается стромальных клеток), а после подсадки имплантата с BMP срослась за восемь месяцев. У более молодых пациентов, чьи 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 лаборатория 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 этого 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).

Расшифровка химических команд, направляющих развитие стволовых клеток по тому или иному пути, идет полным ходом. Японские исследователи обнаружили, что вещество 5-азоцитидин стимулирует превращение стромальных стволовых клеток в клетки миокарда. Вроде бы определены сигнальные вещества, превращающие их в нейроны. Однако большинство подобных работ сегодня находится на «пробирочной» стадии, хотя некоторые уже прошли или проходят клинические испытания.

 

По рецептам Елизаветы Батори

Между тем даже самый беглый взгляд на прессу (особенно рекламную) создает впечатление, что клеточная терапия – методика давняя, массовая и общеизвестная, а главная область ее применения – это омоложение и улучшение кожи. И предлагают ее не столько клиники (хотя их тоже немало), сколько косметические салоны.

Тут придется уточнить терминологию. Хотя нынешний бум клеточной терапии, как уже говорилось, возник вокруг стволовых клеток, само это понятие гораздо шире. Клеточная терапия – это лечение непосредственно живыми клетками (не обязательно стволовыми).

Уже из этого определения следует, что всевозможные  «клеточные экстракты», «экстракты клеточных биомолекул» и т. п. клеточной терапией считаться никак не могут. Столь же спокойно мы можем исключить всевозможные мази, кремы и лосьоны – даже если для их изготовления использовались какие-то 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 словосочетания означают лишь, что их авторы не освоили даже профессиональную терминологию.

Ограничимся теми случаями, когда в применяемых процедурах в самом деле используются какие-то клетки. Понятно, что для работы с собственными стволовыми клетками пациента нужно их сначала у него взять – из костного мозга или из крови. Клиники, способные это делать, в России наперечет и, как правило, не прибегают к публичной рекламе. Если же имеются в виду не свои, а донорские стволовые клетки, то для этого нужен банк клеток. Их в стране еще меньше, а официальную лицензию Минздрава имеет только один – криоцентр НИИ акушерства и гинекологии, категорически отрицающий сотрудничество с коммерческими клиниками и салонами. Но даже если бы и он, и полулегальные банки в других медицинских центрах трудились только на них, обеспечить настоящими стволовыми клетками все эти бесчисленные заведения им все равно было бы не по силам. Какие же клетки впрыскивают там пациентам?

Разные. Могут, например, попасться фибробласты – клетки соединительной ткани, любимый объект для выращивания в культуре. Некий екатеринбургский институт, вовремя получив лицензию на выращивание фибробластов в культуре для диагностических целей, наладил поставку их в товарных количествах их всем желающим. Кстати,  для косметических целей инъекция фибробластов вполне оправдана: это как раз те клетки, работа которых обеспечивает коже упругость. Вот только не стоит ждать, что они обеспечат организму «глубокое омоложение» или хотя бы излечат серьезные болезни – они немного поживут в коже пациента, повырабатывают коллаген, повыделяют сигнальные вещества, стимулирующие рост сосудов, а потом иммунная система сожрет их, как и всякую чужую клетку. Именовать их «стволовыми клетками» оснований тоже нет: фибробласт – это довольно специализированная, прошедшая дифференцировку клетка, основная клеточная форма соединительной ткани. Со стволовыми клетками его роднит только не утраченная до конца способность делиться.

Но самая популярная в подобных заведениях субстанция – это так называемые фетальные препараты. Попросту говоря, измельченные ткани человеческих эмбрионов (фетусов), абортированных на 6–21 неделе беременности. Сырье доступно и дешево: в России до сих пор совершается более двух миллионов абортов в год, и все фетусы, которых не пустят на «омоложение» посетителей салонов красоты, будут просто выброшены на помойку. Еще более мощный поток фетальных препаратов поступает с Украины. Видимо, то, что исходным материалом для них служит эмбрион, и навело кого-то на удачный рекламный ход: назвать эту субстанцию «эмбриональными стволовыми клетками». С тем же основанием можно было бы именовать пшеничное поле злачным местом.

О том, что на самом деле называется эмбриональными стволовыми клетками, мы уже говорили выше. В фетальных тканях довольно много тканевых стволовых клеток (в основном кроветворных), но они мало чем превосходят обычные донорские, да к тому же их обычно никто не пытается выделить из общей клеточной массы. Фетальная терапия (так в ту пору назывались эти процедуры) широко применялась в СССР и за рубежом еще в 80-е и вроде бы даже давала обнадеживающие результаты – особенно в лечении болезней и травм головного и спинного мозга. Еще раньше, в 30-х годах в Европе была популярна «органотерапия» – омолаживающие инъекции взвеси измельченных тканей эмбрионов животных.

Меняются модные названия, меняются конкретные методы, но остается неизменной главная идея: выделить из юного организма некую квинтэссенцию его молодости и перенести ее в организм старый или стареющий. Идея эта намного старше научной медицины – она порождена древним, магическим сознанием и находила себе приверженцев во все времена, принимая порой чудовищные формы. Именно ей следовала трансильванская княгиня XVI века Елизавета Батори, принимая «омолаживающие» ванны из свежей крови девочек-подростков.

Впрочем, фетальная терапия – не всегда шарлатанство. Даже кратковременное замещение поврежденных или утраченных собственных клеток пациента может давать положительный эффект. Пересаженные клетки могут выделять биологически активные вещества (например, факторы роста), стимулируя работу «родных» клеток. Наконец, иммунный ответ на введение чужеродного белка иногда сам по себе улучшает состояние организма. Но к тому, что мы узнали в последние годы о стволовых клетках, все это в любом случае не имеет ни малейшего отношения.

Материал подготовлен при участии кандидата биологических наук Марины Сухановой.

Источник: «Что нового в науке и технике?», № 5, 2005,