Обычные специализированные клетки взрослого организма можно прямо в нём перепрограммировать в индуцированные стволовые, которые могут превратиться в любой другой тип клеток.
Стволовые клетки, способные превращаться в любой другой тип клеток, можно добыть из эмбриона. Или, если нам не разрешают манипулировать с эмбрионом, из «взрослых» специализированных клеток, молекулярно-генетическими методами обратив вспять их программу развития. В этом случае мы получим индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC, или iPS), которые затем можно направить по любому пути специализации. Но от эмбриональных клеток индуцированные стволовые всё же отличаются.
В 2006 году Синъя Яманака впервые получил индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, изменив активность лишь четырёх генов; за это открытие всего через шесть лет он получил Нобелевскую премию. Но стоит ли говорить, что все эти манипуляции до сих пор проводятся над культурой клеток? Специализированные клетки берутся из организма, переносятся в лабораторную посуду и перепрограммируются, чтобы потом — в идеале — перенести их обратно в организм, где они могут заменить повреждённую нервную, мышечную, соединительную и пр. ткань.
В какой-то момент учёные задумались над тем, можно ли избавиться от культуральной стадии, то есть не отрывать клетки из организма, а прямо в нём выполнить всё молекулярно-клеточное перепрограммирование. Сделать это удалось Мануэлю Серрано и его коллегам из испанского Национального центра исследования рака в Мадриде. Авторы работы получили генетически модифицированную мышь, в которой с помощью антибиотика доксициклина можно было регулировать активность тех самых четырёх генов, необходимых для получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Включение этих генов во взрослой мыши быстро её убивало, но если их активность снижали (дозируя антибиотик-переключатель), то у животных появлялись тератомы — своеобразные опухоли, состоящие из клеток различных типов, из которых могут даже складываться подобия органов. Работающие с iPS часто сталкиваются с тератомами: такие опухоли появляются после пересадки в организм клеток, полученных уже из самих iPS; это признак того, что в новом развитии клеток что-то пошло не так.
Но в данном случае возникновение тератом означало успех — ведь они указывали на появление неспециализированных плюрипотентных стволовых клеток в организме. То есть iPS действительно удалось получить, не перенося клетки в лабораторную посуду. Как пишут авторы работы в журнале Nature, в крови таких мышей удалось обнаружить и сами индуцированные стволовые клетки.
Кроме того, оказалось, что такие полученные in vivo клетки более похожи на натуральные эмбриональные стволовые клетки, чем те, что до сих пор добывались in vitro, в культуре. iPS в мышах соответствовали клеткам, из которых состоит человеческий эмбрион на 72-м часу развития — на стадии морулы. Эти клетки даже образовывали эмбрионоподобные структуры в брюшной полости животных, а исследователи сумели получить из iPS клетки плаценты, что до сих пор ни с какими индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками проделать было нельзя.
То есть, проще говоря, учёным удалось увеличить естественность индуцированных — искусственных — стволовых клеток.
Искусственные стволовые клетки, созданные in vivo, больше похожи на эмбриональные, чем такие же клетки, полученные in vitro.
С индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками связано много надежд, в перспективе с их помощью можно будет вообще менять целые органы — больные на здоровые. Но когда такие клетки программируют на какой-то путь развития, они вынуждены некоторое время пребывать вне организма, вне той специфической среды, в которой им предстоит жить и работать. Следовательно, выращивая такие клетки в лабораторной посуде, учёные не могут воспроизвести все условия и все факторы, которые будут влиять на клетки после переселения их в организм. Поэтому, несмотря на все старания, iPS оставались во многом непредсказуемыми и опасными, будучи лишь подобием настоящих эмбриональных стволовых клеток.
И поэтому работа испанцев так важна: им удалось показать, что эти клетки в принципе можно получить прямо в организме, что они будут больше похожи на клетки эмбриона, чем все их предшественницы.
Правда, теперь исследователям придётся научиться контролировать поведение таких клеток, чтобы они появлялись, когда требуется, направлялись туда, куда нужно, и превращались именно в те типы специализированных клеток, которые необходимы. Удастся ли?