Израильским биологам впервые удалось создать из стволовых клеток без использования яйцеклеток и сперматозоидов синтетический эмбрион мыши с функционирующими внутренними органами. Конечная цель ученых — выращивание тканей и органов человека для последующей трансплантации. Определенные успехи в этом направлении уже есть.
Природный ремкомплект
Любой многоклеточный организм начинается с одной оплодотворенной яйцеклетки. В первых циклах деления из нее возникают универсальные, или тотипотентные стволовые клетки. Затем в зависимости от сценария, по которому пошло развитие, из них формируются внутренние органы, сосуды, кости, кожа и прочие ткани.
В небольшом количестве организм продолжает производить стволовые клетки в течение всей жизни. Они вырабатываются в костном мозге и при определенных условиях способны превратиться в клетки различных органов и тканей. Своего рода ремкомплект на случай заболеваний и травм.
Правда, с возрастом этого материала все меньше. Если у новорожденного одна столовая клетка приходится примерно на десять тысяч обычных, то у взрослого — на миллион, а к старости еще в сто раз меньше. Снижение возможностей регенерации — естественное следствие физического старения.
Биологи пытаются использовать способность стволовых клеток к дифференцировке — превращению в любые специализированные клетки организма — для восстановления поврежденных тканей и органов. Однако на этом пути много трудностей.
Во-первых, невероятно сложно заставить выращенные в лаборатории клетки развиваться по заданному сценарию. Кроме того, недифференцированные, незрелые клетки, попав в организм взрослого человека, могут вызвать злокачественные образования. Поэтому ученые всегда предупреждают о возможных негативных последствиях применения стволовых клеток в косметических целях и опасности так называемых инъекций молодости.
Во-вторых, материалом для пересадки обычно служат эмбриональные стволовые клетки, получаемые из пуповинной крови. Их главное достоинство в том, что они не вырабатывают антигены тканевой совместимости. Значит, организм, в который пересадят эти клетки, их не отторгнет. Но любой эмбрион — персонифицированный, то есть появляется на свет при оплодотворении конкретной яйцеклетки. И вопрос коммерческого использования его клеток, помимо технического, имеет еще юридический и этический аспекты.
Вырастить кишечник
Известно, что максимальной способностью к регенерации во взрослом организме обладают печень, поджелудочная железа и особенно кишечник. Его стенки постоянно подвергаются воздействию патогенных бактерий, кислот и вредных отходов, образующихся при расщеплении пищи. Поврежденные клетки заменяют новые, дифференцированные из стволовых. Эпителий — слой клеток, выстилающий изнутри тонкий и толстый кишечник — обновляется каждые четыре-семь дней.
Важно понять, как стволовые клетки “узнают”, во что им надо дифференцироваться. Недавно исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско определили, что генетические сигналы, определяющие развитие стволовых клеток кишечника, поступают из находящихся в непосредственной близости лимфатических сосудов, а биологи Рокфеллеровского университета установили, что посредниками тут выступают определенные белки. Нарушение этой цепочки, по мнению ученых, может вызвать серьезные заболевания, в том числе рак.
С выращиванием в лабораторных условиях органоподобных структур из плюрипотентных (уже прошедших первичную дифференцировку) стволовых клеток эмбрионов экспериментируют не первое десятилетие. В Копенгагенском университете предложили использовать для этого внеэмбриональные эндодермальные клетки, открытые относительно недавно.
Эти клетки существуют только на определенной стадии эмбрионального развития, помогая зародышу сформироваться, а затем исчезают. В организме человека таких нет, поэтому раньше на них не обращали внимания. Теперь же доказали, что, направив их по определенному пути развития, можно выращивать разные ткани.
С помощью генетических маркеров ученые идентифицировали структурные единицы, потенциально способные формировать органы пищеварительной системы, нашли гены, управляющие ими, активировали их и вырастили искусственный кишечник. Причем на внеэмбриональном клеточном материале получилось не хуже, чем на эмбриональном.
“Мы определили альтернативный путь, который внеэмбриональные клетки проходят при формировании кишечных органов у эмбриона, взяли эндодермальные и превратили их в органоподобные структуры”, — приводятся в пресс-релизе Копенгагенского университета слова руководителя исследования, профессора Джошуа Брикмана.
