Вся библиотека >>>

Содержание >>>

 

Медицинская библиотека

Эмбриональные стволовые клетки: фундаментальная биология и медицина


Репин В.С., Ржанинова А.А., Шаменков Д.А.

 

ГЛАВА 1. Эмбриональные стволовые клетки: фундаментальные исследования

 

1. На пороге новой биологии и медицины

 

Поражающее разнообразие  многоклеточных имеет весьма скромное начало в одной оплодотворенной яйцеклетке. Много поколений биологов и эмбриологов размышляло над загадкой, каким образом генетическая информация    одной клетки макромасштабируется  в сотни миллионов клеток нового зародыша.

Экспериментальный прогресс сдерживался тем, что яйцеклетки, зиготы и бластомеры не удавалось перевести в бессмертные линии, получив таким способом клеточный материал в количествах, достаточных для изучения спектров мРНК и белков (Weismann, 2000). Только эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) – пролиферирующие «дублеры» зиготы -  стали новым ресурсом  клеток, стоящих у истоков развития.  Наука сделала первый шаг к  лабораторной ткани, повторяющей соматический эмбриогенез млекопитающих в обход гамет и оплодотворения. Тотипотентность – это свойство генома клеток макромасштабировать программы эмбриогенеза, в том числе воспроизводить любую из 250 специализированных клеток взрослого организма.  Подобно зиготе и первым клеткам зародыша, ЭСК в простых условиях культуры воспроизводят «лабораторный» эмбриогенез в два этапа. Сначала микрограммовые количества “клеток без фенотипа” пассируют в миллиарды клеток. Затем незрелые постмитотические клетки с помощью набора химических инструкций in vitro видоизменяют в клетки мозга, сердечной, скелетной мышцы, печени и т.п. Получение соматических клеток из ЭСК идет в обход органогенеза и многих событий, происходящих при естественном развитии зародыша в матке.  Как известно, специализированные клетки взрослого организма необратимо утрачивают способность к повторению эмбриогенеза. В культуре большинство специализированных клеток, изолированных из тканей, быстро дедифференцируются,  теряя фенотип и профиль функций. Науке пока не известны способы получения стволовых клеток из дифференцированных клеток. ЭСК - это  эмбриогенез  без  половых клеток и беременности. 

 ЭСК – незаменимая модель для  функциональной постгеномики. Кардиомиоциты, миоциты, клетки крови и иммунной системы являются полными автоматами. Поведение ЭСК определяется взаимодействием внешних сигналов  с эпигеномной  системой  клеток, имеющих уникальную протеомику и огромное «меню» из предсинтезированных мРНК. На клетках ЭСК с максимально простым фенотипом  легче анализировать  главный алгоритм онтогенеза: как soft сигналы  непрерывно изменяют hard- устройство клеток.  В отличие от молекулярной генетики, изучавшей функции отдельных генов, постгеномика занимается протеомикой целостных белковых сетей (как soft-сети собирают клеточные устройства). Интегральные белковые сети - платформа целенаправленного поведения клеток в виде альтернативных ответов. Адекватный выбор сигналов и ответы  ЭСК заставляют признать, что  клетки имеют элементарный интеллект для распознания, выбора сигналов, их селективной переработки. Селективный отбор сигналов транслируется далее в паттерны поведения клеток. Поведение клеток и его нарушение является конечной целью современной медицины. Этот уровень знаний дает новые инструменты  для разгадок  болезней клеток и старения.

Другая важная особенность генома ЭСК – спонтанная частота мутаций  ниже в несколько раз, чем у  соматических клеток. Внутрихромосомная рекомбинация и эндоредупликация отдельных сегментов хромосом полностью блокированы устройством хроматина. Генетическая нестабильность хромосом и анеуплоидия в пассажах характерны только для линий тератокарциномы и эмбриокарциномы (Servantes R.B., Stringer J.R., Tischfield J.A.,2002). Эта особенность организации хроматина делает маловерятными случайные перестройки хромосом, связанные с малигнизацией трансплантированных  ЭСК-дериватов.

Cтволовая ниша –  стабильное микроокружение вокруг каждого клона ЭСК, создаваемое монослоем так называемых фидерных клеток.  Трофобласт служит фидером для эмбриобласта у предимплантационных зародышей млекопитающих. Клетки хориоидного сплетения служат питательной, защитной и информационной средой для нейральных стволовых клеток эпендимы развивающегося мозга. Эндотелиальные синусы, либо капиллярная сеть служат нишей для региональных стволовых клеток органов и тканей, в том числе для мезенхимальных стволовых клеток. По этой причине все ранние ЭСК зародыша выращивают в суспензии над монослоем фидерных стромальных клеток, которые обеспечивают незрелые плюрипотентные клетки всем необходимым для выживания и самообновления.

В настоящее время ЭСК нужны не только для расшифровки кодов пред- постимплантационного развития, но и лабораторного  воспроизводства  клеток органов в обход беременности. Получить миниорганы in vitro – более трудная задача, чем получить дифференцированные клетки тех же органов. Клетки -дублёры зиготы необходимы для биоэтически допустимых экспериментов. ЭСК не являются зародышем, не имеют статуса «новой жизни», поскольку получены в обход оплодотворения и беременности. Сохраняя ранг клеток, ЭСК являются чем-то большим: они серийно копируют органогенез. Они  незаменимы для изучения стыков развития  клетка/орган/ткань. Пока наука не имеет достаточной платформы, чтобы окончательно определить юридический/ биоэтический статус  ранних зародышей, эмбрионов и плодов. Отсутствие законодательной базы относительно всех периодов жизни человека   существенно влияет на принятие практических решений в области репродукционного и терапевтического клонирования. Биоэтические посылки многих высокоразвитых стран, утверждающих статус новой жизни и личности с момента  зачатия и появления зиготы, идут вразрез с принятым законодательством, признающим права новой жизни лишь с момента рождения.  Согласование этих вопросов на уровне государств и международных институтов (ООН, Совет Европы и т.п.) имеет первостепенное значение для свободного развития  биологии и медицины. Как известно, права на новые исследования и знания могут быть ограничены, если   человек или зародыш не становятся  средством  в руках других людей.

Биологи в современном обществе вынуждены отстаивать право на новые границы знаний и новые технологии. Развитие зиготы в зародыш воспроизводится в лаборатории. Многие представители религии настаивают, что создание/разрушение ранних зародышей в лаборатории недопустимо. В то же время в США и многих странах разрешено платное донорство яйцеклеток (1500-2000 долларов в США), которое открыло путь к внеполовому получению ранних зародышей. Один работающий  банк спермиев и яйцеклеток  в Норфолке (Канада) способен обеспечить работу  всех биотехнологических компаний с искусственными бластоцистами для изолирования линий ЭСК.  Бластоцисты сейчас можно получить путем переноса ядра соматической клетки заказчика в зрелую донорскую яйцеклетку, из которой предварительно был удален пронуклеус. Лабораторные банки тотипотентных клеток уже создали техногенную эмбриологию и альтернативу половому процессу не с целью повторного воспроизводства копий уже живших людей, а  с целью лечения миллионов пациентов на планете.  Согласно  прогнозу,  в 2020-2030 годах примерно треть пациентов будет получать лечение в виде пересадок дериватов ЭСК. Не размышления, а единственно возможная помощь погибающему пациенту – это императив биоэтики у постели больного (особенно у фатально обреченных). Стремление помочь  склоняют врача к лабораторному клонированию клеток пациента, как к последнему эффективному средству помощи. Аморальным в наше время становится не использовать ЭСК для создания банка резервных клеток каждого человека на случай заболевания. Наиболее гуманная биоэтика заставляет остальное общество видеть проблему прежде всего глазами и нуждами больных людей и их ближайших родственников. Каждый пациент имеет право на спасение и новые формы лечения. Наука и общество должны развивать медицину, дающую новый шанс на выживание или продление жизни  существующим на земле поколениям. Новые реалии медицины сильно изменили вектор дискуссий вокруг ЭСК.

В XIV веке происходили ожесточенные теологические споры о возможности посмертных вскрытий с целью изучения внутренних органов и причин заболеваний. Всего несколько врачей того столетия посмели создать секционный зал. Без этих пионеров в следующем веке не было бы анатомического атласа и великих открытий Леонардо. Морфология стала первой королевой медицины XV века.  В XXI  веке на стыке клеточной биологии ЭСК с функциональной постгеномикой  рождается новое будущее   медицины XXI века. Неизбежно разгораются  споры и дискуссии, а знания обрастают мифами и предубеждениями в обществе.

 

<<< Содержание книги       Следующая страница >>>