Является ли клеточная трансплантация очередной «панацеей» от всех бед?

Этот вопрос совершенно справедливо возникает у всех вдумчивых и анализирующих современное состояние медицинской науки врачей и ученых. Ситуация осложняется тем, что на одной стороне поля научного противостояния находятся «здоровые консерваторы», на другой — «больные фанатики» клеточной трансплантологии. Очевидно, что истина, как всегда, находится между ними — на «ничейной полосе». Не касаясь пока вопросов права, этики, религии и морали, рассмотрим плюсы и минусы обозначенных направлений регенеративно-пластической медицины. «Легкий ветерок» первых научных сообщений о терапевтических возможностях ЭСК уже через год после их открытия превратился в «шквальный ветер», закрутившийся в 2003 году в «информационное торнадо». Первая серия публикаций касалась вопросов культивирования эмбриональных стволовых клеток, их размножения и направленной дифференцировки in vitro.

Выяснилось, что для неограниченного размножения эмбриональных стволовых клеток в культуре необходимо строго соблюдать целый ряд условий. В кондиционной среде обязательно должны присутствовать три фактора: интерлейкин-6 (IL-6), фактор стволовых клеток (SCF) и лейкозингибирующий фактор (LIF). Кроме того, эмбриональные стволовые клетки должны выращиваться на подложке (фидерном слое клеток) из эмбриональных фибробластов и в присутствии фетальной телячьей сыворотки. При соблюдении этих условий ЭСК в культуре растут клонами и образуют эмбриоидные тельца — агрегаты суспензионных клонов шаровидных клеток. Важнейшей особенностью клона ЭСК является то, что в культуре эмбриоидное тельце прекращает рост при накоплении в агрегате 50−60, максимум 100 клеток. В этот период наступает равновесное состояние — скорость деления клеток внутри клона равна скорости апоптоза (программируемой клеточной гибели) на его периферии. После достижения такого динамического равновесия периферические клетки эмбриоидного тельца подвергаются спонтанной дифференцировке (обычно с образованием энтодермальных фрагментов желточного мешка, ангиобластов и эндотелиоцитов) с утратой тотипотентности. Поэтому для получения достаточного количества тотипотентной клеточной массы эмбриональное тельце необходимо дезагрегировать еженедельно с пересадкой единичных эмбриональных стволовых клеток на новую питательную среду — процесс достаточно трудоемкий.

Открытие эмбриональных стволовых клеток не дало ответа на вопрос о том, что именно и как именно запускает программы эмбриогенеза, зашифрованные в ДНК зиготы. Остается неясным, как разворачивается программа генома в процессе жизни человека. Вместе с тем, изучение эмбриональных стволовых клеток позволило разработать концепцию о механизмах сохранения тоти-, плюрии мультипотентности стволовых клеток в процессе их деления. Главной отличительной чертой стволовой клетки является ее способность к самовоспроизводству. Это означает, что стволовая клетка, в отличие от дифференцированной, делится асимметрично: одна из дочерних клеток дает начало специализированной клеточной линии, а вторая сохраняет тоти-, плюриили мультипотентность генома. Оставалось непонятным, почему и как этот процесс происходит на самых ранних стадиях эмбриогенеза, когда делящаяся внутренняя клеточная масса бла-стоцисты вся является тотипотентной, а геном ЭСК находится в дормантном (спящем, заторможенном) состоянии. Если при делении обычной клетки процессу дупликации обязательно предшествует активация и экспрессия целого комплекса генов, то при делении ЭСК этого не происходит. Ответ на вопрос «почему» был получен после открытия в ЭСК предсуществующих мРНК (пре-мРНК), часть которых образуется еще в фолликулярных клетках и сохраняется в цитоплазме яйцеклетки и зиготы. Второе открытие ответило на вопрос «как»: в ЭСК были обнаружены особые ферменты, получившие название «эдитазы». Эдитазы выполняют три важнейшие функции. Во-первых, они обеспечивают альтернативное эпигенетическое (без участия генома) считывание и дупликацию пре-мРНК. Во-вторых, реализуют процесс активации пре-мРНК (сплайсинг — вырезание интронов, то есть, неактивных участков РНК, тормозящих процесс синтеза белка на мРНК), после чего в клетке начинается сборка белковых молекул. В-третьих, эдитазы способствуют образованию вторичных мРНК, являющихся репрессорами механизмов генной экспрессии, что сохраняет плотную упаковку хроматина и неактивное состояние генов. Белковые продукты, синтезированные на таких вторичных мРНК и получившие название белков-сайленсеров или хранителей генома, присутствуют в яйцеклетках человека.

Именно так на сегодня представляется механизм образования бессмертных клеточных линий эмбриональных стволовых клеток. Проще говоря, сигнал к запуску программы эмбриогенеза, начальные этапы которого заключаются в образовании тотипотентной клеточной массы, поступает из цитоплазмы яйцеклетки. Если на этом этапе внутренняя клеточная масса бластоцисты, то есть ЭСК, будет изолирована от дальнейших регуляторных сигналов, процесс самовоспроизводства клеток происходит по замкнутому циклу без участия генов клеточного ядра (эпигенетически). Если обеспечить такую клетку питательным материалом и изолировать от внешних сигналов, способствующих дифференцировке клеточной массы, она будет делиться и воспроизводить себе подобных бесконечно.

Первые результаты экспериментальных попыток использования тотипотентных клеток для трансплантации оказались весьма впечатляющими: введение эмбриональных стволовых клеток в ткани мышей с ослабленной иммунодепрессорами иммунной системой в 100% случаев приводило к развитию опухолей. Среди клеток неоплазмы, источником которой были ЭСК, встречались дифференцированные производные тотипотентного экзогенного клеточного материала, в частности нейроны, однако рост тератокарцином сводил ценность полученных результатов на нет. В то же время, в работах Л. Стивенса, ЭСК, введенные в брюшную полость, формировали крупные агрегаты, в которых фрагментарно образовывались эмбриональные мышцы, сердце, волосы, кожа, кости, мышцы и нервная ткань. (Хирургам, вскрывавшим дермоидные кисты, эта картина должна быть знакома). Интересно, что суспензированные клетки мышиного эмбриобласта ведут себя точно так же: их введение в ткани взрослых иммуноскомпрометированных животных всегда вызывает образование тератокарцином. Но если из такой опухоли выделить чистую линию ЭСК и ввести ее в брюшную полость, то опять-таки образуются специализированные соматические дериваты всех трех зародышевых листков без признаков канцерогенеза.

Таким образом, следующая проблема, которую необходимо было решить, заключалась в очистке клеточного материала от примесей недифференцированных клеток. Однако даже при очень высокой эффективности направленной клеточной дифференцировки до 20% клеток в культуре сохраняют свой тотипотентный потенциал, который in vivo, к сожалению, реализуется в опухолевый рост. Еще одна «рогатка' природы — на чаше весов врачебного риска гарантия выздоровления больного балансирует с гарантией его смерти.

Взаимоотношения опухолевых клеток и более продвинутых в развитии, чем ЭСК, эмбриональных плюрипотентных прогениторных клеток (ЭППК) весьма неоднозначны. Результаты наших исследований показали, что введение ЭППК в различные перевиваемые опухоли у крыс может приводить к распаду опухолевой ткани (Г), быстрому увеличению массы опухоли (Д), ее редукции (Е-3) или же никак не влияет на размеры спонтанного центрального очагового некроза неопластической ткани (И, К). Очевидно, что результат взаимодействия ЭППК и опухолевых клеток определяется общей совокупностью цитокинов и факторов роста, продуцируемых ими in vivo.

Примечательно, что эмбриональная стволовая клетка, отвечая канцерогенезом на контакт с тканями взрослого организма, прекрасно ассимилируются с клеточной массой эмбриона, встраиваясь во все органы зародыша. Такие химеры, состоящие из собственных клеток эмбриона и донорских ЭСК, получили название аллофенных животных, хотя, по сути, фенотипическими химерами они не являются. Максимальной клеточной химеризации при введении ЭСК в ранний эмбрион подвергается кроветворная система, кожа, нервная ткань, печень и тонкая кишка. Описаны случаи химеризации половых органов. Единственной неприкосновенной для ЭСК зоной оказались первичные половые клетки.

То есть, эмбрион сохраняет генетическую информацию своих родителей, что оберегает чистоту и продолжение как рода, так и вида.

В условиях блокады деления клеток раннего эмбриона с помощью цитоклазина введение эмбриональных стволовых клеток в бластоцисту приводит к развитию зародыша, у которого первичные половые клетки, как и все другие, образовались из донорских эмбриональных стволовых клеток. Но в этом случае и сам эмбрион полностью является донорским, генетически чужим для организма суррогатной матери. Механизмы такого природного блока потенциальной возможности смешивания собственной и чужеродной наследственной информации пока не выяснены. Можно предположить, что в этом случае реализуется программа апоптоза, детерминанты которой нам еще не известны.

Следует обратить внимание на то, что эмбриогенез животных разных видов никогда не согласовывается: при реализации донорской программы органогенеза в организме зародыша-реципиента ксеногенных эмбриональных стволовых клеток эмбрион погибает внутриутробно и резорбируется. Поэтому существование химер «крыса-мышь», «свинья-корова», «человек-крыса» нужно понимать как клеточный, но не морфологический мозаицизм. Иными словами, при введении ЭСК одного вида млекопитающих в бластоцисту другого вида всегда развивается потомство материнской видовой принадлежности, у которого среди собственных клеток практически всех органов обнаруживаются включения, а иногда и скопления структурно-функциональных единиц, состоящих из генетически чужеродного материала производных ЭСК. Нельзя воспринимать термин «гуманизированная свинья» как обозначение некоего монстра, наделенного разумом или внешними признаками человека. Это всего лишь животное, часть клеток организма которого происходит из введенных в бластоцисту свиньи ЭСК человека.