14.12.2007 | Наука

Клетки завтрашнего дня

В современную медицину – рациональную, аналитическую, разделенную на специальности – вернулся древний образ панацеи

Вероятно, каждый образованный человек сегодня что-то слышал про стволовые клетки. Их находят повсюду, ими пытаются лечить самые разные заболевания, и судя по сообщениям в прессе, они везде творят чудеса. «Способные превращаться в любые ткани, они сами находят «слабые места», восстанавливая ткани сосудов, желез, мышц, нервов... Разглаживаются морщины, появляется прилив сил. Для полноценного сна становится достаточно несколько часов, часто исчезает сексуальная дисфункция» – гласит рекламный пресс-релиз. Одним словом, в современную медицину – рациональную, аналитическую, разделенную на множество веточек-специальностей – вернулся древний образ панацеи. Даже непонятно, почему стволовые клетки еще не вылечили все на свете болезни и не вытеснили из обращения все прежние несовершенные лекарства.

Что же на самом деле представляют собой эти чудо-клетки? На что они способны и что мы вообще знаем о них?

От Александра Максимова до Александр Фриденштейна

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 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: 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. 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 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 все в том же костном мозгу среди обычных кроветворных стволовых клеток 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.

Капризные чудеса

Надо сказать, оснований для такого бума и в самом деле немало. Сообщения об эффектах применения стволовых клеток, появляющиеся в последние годы в самых солидных научных журналах, все чаще выглядят похожими на рекламные материалы коммерческих клиник и салонов красоты, вроде процитированного в начале статьи. Стволовыми клетками успешно лечат параличи, паркинсонизм, диабет, сложные переломы, ишемическую болезнь сердца и множество иных совершенно разнородных заболеваний.

К сожалению, почти все подобные сообщения отличаются одной общей чертой, несущественной для обычного человека, но весьма красноречивой для специалиста. Все это – так называемые case reports, сообщения об уникальных конкретных случаях. Один из ведущих отечественных специалистов в области исследования стволовых клеток язвительно назвал подобный тип публикаций «а вот у нас в деревне случáй был...».

Это не значит, что эти истории недостоверны и описанных в них исцелений на самом деле не было. Это значит, что ни одна из них не может сегодня служить основой штатного метода лечения. То, что успешно излечило одного больного, может не дать никакого эффекта у другого, третьего, десятого. А в некоторых случаях может даже привести к ухудшению или вызвать крайне неприятные побочные эффекты. И самое обидное, что никто не может сказать, почему в одном случае введение стволовых клеток срабатывает, а во множестве других – нет.

Сказанное, правда, требует существенной оговорки: 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, лечатся 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. Иногда кроветворная ткань пациента уничтожается намеренно – если ее клетки встали на путь злокачественного перерождения (эта парадоксальная форма рака, при которой собственно опухоль отсутствует вовсе, называется лейкозом) или если поддерживаемая ею 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). Они прекрасно лечатся введением недостающих клеток, соответствующие методики давно разработаны и применяются в клиниках.

Но то, что стволовые клетки могут излечить естественный или искусственно вызванный дефицит стволовых клеток, – это тривиально и неинтересно. А во всех прочих областях медицины результаты применения стволовых клеток пока что остаются историями о чудесных исцелениях. «Обнадеживающих экспериментальных работ – множество. Того же, что можно назвать технологией, – результатов, подтвержденных рандомизированными многоцентровыми клиническими испытаниями с двойным слепым контролем – просто нет», – резюмирует заведующий лабораторией молекулярной генетики Института биологии гена РАН профессор Сергей Киселев.

Если вдуматься, в этом нет ничего удивительного. Всем известна легенда об ученике чародея, успешно вызвавшем некоего могучего духа и только после этого обнаружившем, что понятия не имеет, как им управлять. В положении такого нерадивого ученика и оказалась сегодня мировая наука: мало иметь в своем распоряжении клетки, способные превращаться во что угодно, – надо еще уметь как-то объяснить им, что именно нам угодно в данном конкретном случае.

Можно, конечно, как советуют анонимные авторы рекламного текста, просто ввести их в зону поражения и предоставить там разбираться самим. Чаще всего сегодня так и делают (обычно по жизненным показаниям – в тех случаях, когда другое лечение невозможно или не помогает), и это иногда срабатывает прямо-таки чудесным образом. 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.

Но как мы хорошо помним, демон, вызванный нерадивым учеником чародея и обнаруживший его беспомощность, попросту убил его. Сегодня уже достоверно известно (к счастью, не из клинической практики, а из лабораторных исследований), что сходным образом могут повести себя и применяемые наугад стволовые клетки. Ученые из нью-йоркского Рочестерского университета, вырастив в культуре человеческие эмбриональные стволовые клетки совместно с более зрелыми клетками нейроглии (вспомогательной мозговой ткани), добились массового превращения стволовых клеток в нейроны. Последние были пересажены в мозг крысам, страдающим искусственно вызванной болезнью Паркинсона. Поначалу около 70% пересаженных нейронов начали вырабатывать медиатор дофамин (дефицит которого и является причиной болезни), и состояние крыс улучшилось вплоть до полного исчезновения симптомов паркинсонизма. Однако, как вскоре выяснилось, к 10-й неделе эксперимента дифференцировку сохранили лишь 25% нейронов. Остальные переродились обратно в неспециализированные клетки и принялись активно размножаться, распространяясь по всему мозгу животных. «Не нужно быть нейроонкологом, чтобы понять, что этот процесс – начало образования опухоли»,  – прокомментировал наблюдаемую картину руководитель исследования Стивен Голдман. И сделал недвусмысленный вывод: никто не сомневается, что стволовые клетки – весьма перспективное средство лечения болезней типа паркинсонизма, но испытывать такие методики на людях явно пока рановато.

Как раз такие соображения сильно сдерживают работу с эмбриональными стволовыми клетками, получаемыми путем так называемого терапевтического клонирования. Этот метод получения стволовых клеток основан на том, что 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.

Работы с эмбриональными стволовыми клетками ведутся во многих лабораториях мира... но вот в клинике эти клетки сегодня практически не применяются даже в качестве последней надежды. «Парадоксально, но именно эмбриональные стволовые клетки – самые перспективные, самые потентные – сегодня находятся дальше всего от клинической практики», – замечает директор ООО «Институт стволовых клеток человека» Артур Исаев. И дело не только в позиции католической церкви или Джорджа Буша, категорически противящихся любому клонированию человеческих клеток. Просто у достоинств этих клеток есть и оборотная сторона: они способны превратиться во что угодно (если бы бластоцисту, из которой их выделили, имплантировали бы в матку, из этих клеток развились бы все ткани нового организма), склонны к неограниченному делению и очень плохо понимают химические «команды» взрослого организма – поскольку в бластоцисте такие «команды» некому подавать. А потому, будучи введены в организм, эти клетки запросто могут дать начало злокачественным опухолям. Или тератомам – уродливым разрастаниям различных тканей в совершенно неподходящем для них месте. Лечение такими клетками сегодня означало бы игру в русскую рулетку.

Все это означает, что идеология «введем стволовые клетки в очаг болезни, а дальше они сами сделают все, что надо» несостоятельна. Она была более или менее приемлемой в качестве рабочей гипотезы на раннем этапе исследований, но для создания эффективных методов лечения она совершенно непригодна. Если мы всерьез хотим использовать фантастические возможности стволовых клеток, нам надо научиться управлять их поведением, отдавая им команды на их собственном языке.

Пометки для клетки

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 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 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» затем подшивается к имеющейся у пациента нижней части органа – и реконструированный таким образом пузырь в дальнейшем исправно выполняет свои функции.

Тем временем 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.), где ожидания, связанные со стволовыми клетками, были больше всего, 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 не взаимозаменяемы. Каждый нейрон несет уникальную информацию, и создавать новые нейроны взамен погибших столь же малополезно, как вставлять в книгу чистые листы вместо выпавших. 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» нейроном 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.

Однако не стоит заранее ставить крест на применении стволовых клеток в неврологии: они и тут могут преподнести неожиданные сюрпризы. Уже в этом году еще одна команда ученых – на сей раз британских – предприняла очередную попытку лечения паркинсонизма стволовыми клетками. Человеческие стволовые клетки, введенные больным обезьянам, приводили к исчезновению симптомов болезни. Правда, спустя месяца четыре подопытные животные возвращались к исходному состоянию, но этого и следовало ожидать: иммунная система в конце концов должна была отторгнуть чужие клетки. В любой другой ткани они прожили бы не больше нескольких дней и только в мозгу, почти недоступном для иммунных клеток, смогли продержаться несколько месяцев. Гораздо интереснее другое. Как мы уже знаем, болезнь Паркинсона – результат гибели нейронов, производящих нейромедиатор дофамин. Начиная эксперимент, исследователи предполагали, что стволовые клетки превратятся в новые дофаминовые нейроны, заменив погибшие. Этого не произошло, зато введенные клетки каким-то образом предотвращали гибель собственных дофаминовых нейронов обезьян.

Кроме того, барьер, препятствующий включению в нервную систему вновь сформировавшихся нейронов, не так уж непреодолим. Совсем недавно группа неврологов под руководством Дугласа Керра из американского университета Джонса Хопкинса объявила об успешном лечении эмбриональными стволовыми клетками паралича у крыс. Ученым удалось найти вещества, подавляющие сопротивление тканей прорастанию нервных отростков. И хотя даже в этих условиях из четырех с лишним тысяч клеток, введенных в спинной мозг каждой крысы, только около 120 образовывали необходимые контакты, этого оказалось достаточно, чтобы 11 из 15 грызунов восстановили подвижность своих задних лап.

Снятие природных ограничений сулит и более захватывающие перспективы. В конце прошлого года сотрудники Солковского института биологических исследований в Ла Хойе (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 фундаментальной 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 исследователей грантов на общую сумму 7,6 млн 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.

Пока наука изучает...

Но даже если доктор Бэдилак сдержит свое обещание, созданные им методы еще не скоро войдут в повседневную клиническую практику. Современная медицина устроена так, что от лабораторного открытия, сделанного на животных, до общедоступного лекарства или метода лечения проходит 10 – 15 лет. И сократить этот срок не могут никакие финансовые вливания: эффективность и безопасность новинки должны быть доказаны правильно организованными клиническими испытаниями, требования к которым включают, помимо всего прочего, длительность наблюдения – чтобы можно было судить об отдаленных последствиях. Между тем, активные исследования возможностей стволовых клеток начались лишь около 10 лет назад, а самые впечатляющие результаты получены буквально в последние два-три года.

А о чем же тогда идет речь в рекламных проспектах и модулях? Чем лечат всех желающих многочисленные коммерческие клиники и салоны красоты?

Как показывает независимая 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 Сергей Киселев. – Только в одном или двух из них обнаружились какие бы то ни было живые клетки». Иногда, впрочем, это ясно и без профессиональной 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 всевозможные 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 словосочетания отражают лишь глубокое невежество их авторов – либо их расчет на невежество пациентов.

В тех же случаях, когда в предлагаемых препаратах действительно присутствуют живые клетки, это, как правило, либо фибробласты, либо клетки из фетальных тканей. Фибробласты – это клетки соединительной ткани, любимый объект для выращивания в культуре. Использование их для «омоложения» имеет солидную историю и отчасти оправдано: это как раз те клетки, работа которых обеспечивает коже упругость. Но ждать от них чудес не стоит – 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 зрелая специализированная клетка, со стволовыми клетками его роднит только не утраченная до конца способность делиться.

Еще чаще в тех же целях используются так называемые фетальные препараты – измельченные ткани человеческих эмбрионов (фетусов), абортированных на 6–21 неделе беременности. (Можно по-разному относиться к такому обращению с человеческими зародышами, но не следует забывать, что в России абсолютно легально совершается около 2 млн абортов в год, и фетусам, не использованным для производства препаратов, одна дорога – на помойку.) В фетальных тканях довольно много тканевых стволовых клеток (в основном кроветворных), но они мало чем превосходят обычные донорские, да к тому же их никто не пытается выделить из общей клеточной массы. Подобная терапия тоже широко применялась еще в 80-е годы как в СССР, так и за рубежом, тоже давала (и дает по сей день) некоторые положительные результаты и тоже не имеет прямого отношения к медицине стволовых клеток. Для фетальных препаратов, как и для препаратов фибробластов, «стволовые клетки» – не более чем новое удачное название для старого товара.

Не исключено, что к тому времени, когда в медицинскую практику войдут реальные и эффективные методы лечения стволовыми клетками, само это словосочетание будет безнадежно скомпрометировано подобным употреблением. К сожалению, против жадности и безответственности медицина, как говорится, бессильна.

Источник: «Вокруг света», № 11, 2007,