Праматір'ю ВСІХ КЛІТИН

Вперше у внутрішньоутробному розвитку людини ембріональні стовбурові клітини з'являються на 5-7-й день після запліднення.

Ембріональні стовбурові клітини можна розмножувати в лабораторії, утримуючи їх в термостаті (ліворуч) на живильному середовищі (праворуч).

Схема отримання 'запчастин' з ембріональних стовбурових клітин.

Цією щура, у якій спостерігали симптоми хвороби Паркінсона, ввели препарат клітин мозку, вирощених з бичачих ембріональних стовбурових клітин, після чого у неї практично зникли тремор і мимовільні рухи, характерні для цієї хвороби.

<

>

Клітини "без імені-по батькові"

Мільйони людей до нас і мільйони після нас замислювалися і будуть замислюватися над простим питанням: як вся інформація про живий організм може "упакуватися" в одну мікроскопічну живу крапельку, а потім рознести по мільйонам самих різних клітин? Ще 20 років тому всі міркування на цю тему не мали ніякого експериментального обґрунтування: в руках у дослідників не було тієї самої клітини "праматері", клітини - попередниці всіх клітин організму, так званої ембріональної стовбурової клітини. Правда, у рослин зростання зародка з нестатевих клітин-попередників добре відомий. Так, з шматочка зародкової тканини моркви або женьшеню можна виростити повноцінне рослина з статевими клітинами.

Тільки в 1981 році американському вченому Мартіну Евансу вперше вдалося виділити тваринну стволовую ембріональну клітину з зародка миші. Усі наступні роки зусилля вчених були спрямовані на отримання ембріональної стовбурової клітини з людського зародка. І в 1998 році удача посміхнулася американським дослідникам Джеймсу Томпсону і Джону Беккеру. Зараз кожен з них має в своїй лабораторії до 10 безсмертних саморозмножуються клітинних ліній людських ембріональних стовбурових клітин.

У нашій країні одним з визнаних лідерів досліджень в області ембріональних стовбурових клітин є професор В. Рєпін. Дана стаття являє собою запис його доповіді, зробленого в травні цього року на засіданні президії Російської академії медичних наук.

Найголовніше властивість ембріональної стовбурової клітини полягає в тому, що генетична інформація, ув'язнена в її ядрі, перебуває ніби в "нульовій точці" відліку. Справа в тому, що все нестатеві клітини живих організмів (соматичні клітини) спеціалізовані, тобто виконують будь-які функції: клітини кісткової тканини формують скелет, клітини крові відповідають за імунітет і розносять кисень, нервові клітини проводять електричний імпульс і так далі. А ембріональна стовбурова клітина ще не "включила" механізми, що визначають її спеціалізацію. В "нульовій точці" її геном ще не "запустив" жодної програми і, що особливо важливо, не почала виконувати програму розмноження і формування багатоклітинного зародка. Таких "нульових" клітин в зародку дуже мало - всього соті частки відсотка, ось чому дослідникам так важко було отримати їх в "чистому вигляді".

Ембріональні стовбурові клітини не працюють в автоматичному режимі, як, наприклад, тромбоцити або лімфоцити, вони можуть прийняти будь-яку програму і перетворитися в один з 150 можливих типів зародкових клітин. Ембріональна клітина лише чекає спеціального "сигналу", щоб почати одне зі своїх перетворень. Це означає, що вона не має ніяких функцій, крім перенесення мРНК в наступне клітинне покоління. Всі клітини мають, а вона - ні. Ембріональна клітина - касета з інформацією, клітина-анонім, клітина "без імені-по батькові".

Ще один важливий момент. З ембріональних стовбурових клітин формуються острівці в різних органах і тканинах. По суті, наші органи є сумішшю дорослих спеціалізованих клітин з вкрапленнями зародкової тканини у вигляді ембріональних стовбурових клітин. Ці клітини ростуть, народжуються і вмирають. І лише їх "праматір" безсмертна. Зараз вже навчилися виділяти з головного мозку зародків не просто окремі ембріональні стовбурові клітини, а зародкову тканину, з якої, як зі шматка глини, природа "ліпить" все живе. При зберіганні зародка в холодильнику при + 4 ° С через 4-5 годин всі клітини гинуть, залишаються лише ембріональні стовбурові клітини-попередники.

Ембріональна стовбурова клітина розповість вченим про те, як "працюють" гени

Томпсон і Беккер зробили для биологиче ської науки ХХI століття те ж саме, що Уотсон і Крик для молекулярної біології ХХ століття. Уотсон і Крик знайшли науковий плацдарм для роботи в області генетики, а Томпсон і Беккер - в області функціональної геноміки. І дійсно відс але, їх авторитет і кількість публікацій з вивчення ембріональної стовбурової клітини ростуть лавиноподібно, незважаючи на те, що вони опублікували лише по одній роботі в міжнародних наукових журналах "Science" і "Proceedings of National Academy of Sciences USA" (Праці американської національної академії наук) в 1998 році, а вже в 1999 році журнал "Science" визнав виділення ембріональних стовбурових клітин людини третім за важливістю подією в біології ХХ століття.

З відкриттям в 1953 році Уотсоном і Криком подвійної спіралі ДНК вчені зрозуміли, де в живій клітині зберігається і як передається спадкова інформація. Уотсон і Крик допомогли зрозуміти, як закони спадковості "працюють" в масштабі однієї клітини. У 2001 році вчені повністю розшифрували молекулярну структуру ДНК людини, але не зрозуміли, як "працюють" складові її гени. І ось ембріональна стовбурова клітина виявилася прекрасною моделлю для розуміння того, як 5000 генів ембріогенезу тиражують генетичну інформацію, щоб з однієї клітини виріс людський організм, що складається з 1014 клітин.

Вся "робота" генома контролюється певним набором генів, які спочатку формують "кістяк" клітини, потім її внутрішню структуру (органели) і, нарешті, цілком клітку з повним набором генів. Якщо говорити мовою комп'ютерників, пристрій клітини - це hardware - апаратне забезпечення комп'ютера. І в останній момент в клітку "вбудовується" software - генетична програма, яка визначає її спеціалізацію, її місце в організмі. Простіше кажучи, це інструкція до того, чи буде дана клітина, наприклад, частиною сполучної тканини або вона стане елементом крові.

Отже, всі клітини одного організму мають однаковий набір генів, але у кожного з нас є щонайменше 350 типів клітин, "працюють" по різним генетичним програмам.

Перед однією-єдиною клітиною стоїть завдання перетворитися в організм, що складається з мільярдів клітин. Для цього в ній є 5000 так званих генів ембріогенезу, що регулюють цей процес на початковій стадії розвитку зародка. Спочатку запліднена яйцеклітина розмножується, перетворюючись в клітини, яким не судилося стати зачатками майбутніх органів або тканин, вони просто переносники генетичної інформації у вигляді молекул РНК.

І тільки коли накопичиться вже достатня кількість інформації, в роботу включаються гени, відповідальні за спеціалізацію, після чого починають формуватися сімейства різних стовбурових клітин і відбувається сегментація зародка (структурно виділяються ділянки майбутніх органів). Причому кількість клітин в тому чи іншому сегменті (майбутньому органі) генетично запрограмоване, а значить - звичайно. Тому вченим при вирощуванні сімейства ембріональних стовбурових клітин надзвичайно важливо брати клітину- "праматір" на стадії, коли ще "мовчать" гени сегментації. Томпсону і Беккеру це вдалося, і тому вони на сьогоднішній день мають практично необмежену кількість безсмертних ембріональних стовбурових клітин.

Ембріональна стовбурова клітина, клонування і клітинна терапія

Дивовижна здатність ембріональної стовбурової клітини стати будь-який клітиною організму продиктована наявністю в ній надлишку РНК всіх генів, що відповідають за ріст зародка на ранній стадії розвитку ембріона. Чинники, які роблять ембріональну клітину унікальною, знаходяться в її клітинної рідини - цитоплазмі. Саме тому можливо клонування живих істот. Можна "вийняти" ядро ​​з генетичним матеріалом з клітки будь-якого організму, "вставити" його в оболонку яйцеклітини, і система почне "працювати" - копіювати міститься в ДНК інформацію, а потім формувати нове жива істота, ідентичне донору.

Вивчення шляхів перетворення ембріональної стовбурової клітини особливо важливо для медицини, адже, знаючи їх, можна виростити з клітин-попередників величезний масив тканини і, в принципі, будь-який людський орган. Але для того, щоб клонувати орган, одних ембріональних стовбурових клітин недостатньо. Потрібні ще спеціальні стовбурові клітини, з яких вирощується міжклітинний речовина, формується кровоносна система. Роботи по вирощуванню органів вже ведуться. Адже варто тільки направити ембріональні клітини по "потрібному шляху" - і успіх забезпечений. У багатьох випадках вчені вже знають, як це зробити.

Хочу зазначити, що в статті порушено виключно науковий аспект вивчення ембріональних стовбурових клітин і нічого не сказано про терапію з використанням ембріональних стовбурових клітин, про те, що відбувається з ембріональними клітинами при їх пересадці в різні органи і тканини тварин і людини. А тим часом це величезна і дуже важлива тема. При пересадці ембріональних стовбурових клітин в який-небудь орган з них завжди утворюються тільки клітини цього органу, що дозволяє використовувати ембріональні стовбурові клітини для відновлення пошкоджених органів і тканин, лікування безлічі важких захворювань.

Ембріональна стовбурова клітина і мозок людини

Програма "Геном людини" показала, що ми відрізняємося від мавп та інших ссавців дуже небагатьом - так званими генами ембріогенезу, тобто тими генами, які відповідають за ранній розвиток зародка з ембріональної стовбурової клітини. Причому це відноситься не до всіх клітин, а тільки до тих, які керують розвитком мозку. Цікаво, що, на відміну від усіх живих істот, передня частка мозку людини вже на ранніх стадіях перестає контролюватися генами, які визначають, скільки клітин буде в тому чи іншому органі. Ось тому мозок людини може рости. Тобто тільки "наші" (тільки людські) гени дозволяють майбутнім клітинам мозку зробити таку експансію. Більш того, формуються в процесі розвитку мозку нові нейрони не стоять на місці - вони мігрують, створюючи нові і нові клітинні освіти. Такого немає ні в кого з живих істот, крім людини.

Завдяки новим генам мозок зародка людини та інших ссавців придбав і новий орган - нервовий гребінь. Його клітини - "марафонці", вони здатні пройти відстань у кілька метрів. З мігруючих клітин гребеня утворюються вся кістково-м'язова система особи, тимус, все елементи внутрішнього вуха, провідна система серця, периферична нервова система, наднирники.

Вивчення перетворень стовбурових клітин виявило безліч дивовижних взаємозв'язків в системі органів і тканин людини. Можна навести один яскравий приклад.

Президент Клінтон за рік до президентських виборів в США виступив по телебаченню. Він обіцяв п'яти мільйонам мають право голосу діабетиків вирішити проблему інсуліну раз і назавжди за два роки. Справа в тому, що за два роки до цього відомий американський вчений Ро Маккей, вирощуючи нервові клітини з їх попередників - нейрональних стовбурових клітин, несподівано виявив в міжклітинному середовищі поява інсуліну. У це було важко повірити, але вчений вирішив йти до кінця, зумів переконати у своїй правоті багатьох і отримав під науковий проект величезне фінансування. І навесні 2001 року в своїй публікації в журналі "Science" він повідомив про те, що за певних умов нейрональні стовбурові клітини здатні перетворюватися в бета-клітини підшлункової залози, тобто в клітини, що виробляють інсулін. Але найцікавіше, що бета-клітини складаються "в дуже близькій спорідненості" з клітинами стриатума - важливої ​​частини головного мозку, що управляє багатьма процесами. Звичайно, це неспроста, і тут вчених чекають дивовижні відкриття.

Ембріональні стовбурові клітини і біоетика

Незважаючи на те, що дослідження в області ембріональних клітин обіцяють вченим грандіозний прорив у всіх галузях біології та медицини, в США і Німеччині вони зараз "заморожені", але продовжують проводитися в Англії, Японії, Австралії та багатьох інших розвинених країнах. Основна причина заборони наукових досліджень - етична. Адже поки основне джерело ембріональних клітин - матеріал, що залишається від штучного запліднення, і фетальная тканину від медичних абортів. Католицька церква, релігійні громади, різні громадські організації, які борються за заборону абортів, роблять колосальний тиск на уряди і президентів, закликаючи разом з абортами заборонити і дослідження ембріональних стовбурових клітин, і лікування з їх застосуванням.

У відповідь на це зовсім недавно 80 нобелівських лауреатів відправили лист президентові США Дж. Бушу про необхідність продовження наукових робіт з ембріональними стовбуровими клітинами. У ньому стверджується, що, незважаючи на релігійні і етичні проблеми, досягнення в цій галузі принесуть користь людству, несумірну з моральними витратами на шляху просування до істини. Хто має рацію - покаже час.