Эмбриональная столовая клеток: у истоков лабораторной жизни

Термин «стволовая клетка» предложил замечательный петербургский ученый Александр Максимов, чтобы объяснить механизм быстрого самообновления клеток крови. В 1908 году с новой теорией кроветворения А. Максимов выступил в Берлине на съезде гематологов.

Каждые сутки в крови погибают несколько миллиардов клеток, а им на смену приходят новые популяции эритроцитов, лейкоцитов и лимфоцитов. Максимов первый догадался, что обновление клеток крови — это особая технология, отличная от простых клеточных делений. Интенсивно обновляющиеся клетки в организме размножаются клонами (подобно роям пчел). Бессмертная прародительница этого роя, центробежно порождающая новые и новые поколения клеток, является центральной незаменимой фигурой всего клона. Если бы клетки крови самообновлялись простым клеточным делением, это потребовало бы гигантских размеров костного мозга. Клон же является самой экономичной системой воспроизводства клеток в микрообъеме. Только центральная клетка клона, защищенная от окружающей среды многими слоями более продвинутых клеток, сохраняет уникальные способности превратиться в любую специализированную клетку.

Каждый клон — это единичка, модуль незрелой ткани, которая может стать любой зрелой тканью — нейронами мозга, клетками сердца, почек, печени. Ранний зародыш — это государство стволовых клеток, строительная глина, из которой можно вылепить любую ткань и орган. Поэтому клетки в клоне могут как повторять строительство зародыша из одной клетки, так и генерировать любой тип клеток человека в обход внутриутробного развития. Для этого десяток незрелых клонов нужно просто размножить в пробирке в миллиарды клонов незрелой ткани. А потом разрушить клоны и заставить отдельные клетки созревать в зрелые специализированные. Для этого они должны прикрепиться ко дну чашки петри и распластаться.

Стволовые клетки вне организма растут неорганизованной массой без лимита, потому что рост не сдерживают гены, контролирующие устройство и размеры органов. На втором этапе незрелую неорганизованную ткань превращают в те специализированные клетки, которые нужны биологу для науки, либо медику для клеточных трансплантаций. 

Зрелые клетки нашей крови, сердца, мышц, иммунной системы являются полными автоматами. Их поведение запрограммировано для любой обстановки. Стволовые клетки — это полуавтоматы. Траектория их развития определяется как набором программ, так и внешними сигналами, которые селектируют, направляют профиль развития клеток. Если в пробирке вы создаете условия, максимально приближенные к ситуации в организме in situ, незрелые ЭСК просто размножаются и сохраняют свой генетический потенциал неизрасходованным. Как только эти клетки сталкиваются с реальными условиями, в которых живут остальные клетки нашего организма, они немедленно вступают на путь долгого поэтапного созревания и превращаются в клетки нервной системы, кишечника или других органов. Получить стволовые клетки из дифференцированных невозможно.

Таким образом, ЭСК — это лабораторные близнецы, дублеры оплодотворенной яйцеклетки. Если ядро обычной клетки пересадить в циитоплазму яйцеклетки, то можно получить ЭСК. В отличие от природных яйцеклеток, ЭСК хорошо размножаются в стерильной лабораторной посуде. Однако из ЭСК нельзя получить полноценных зародышей, потому что они не программируют развитие плаценты и вспомогательных структур для вынашивания в матке. 

Другими словами, стволовые клетки не являются лабораторным конвейером наработки зародышей или плодов человека. Для таких маргинальных целей проще воспользоваться анонимным банком спермиев и яйцеклеток, которые существуют во многих высокоразвитых странах. Та технология, которая сейчас используется для борьбы с бесплодием, в принципе может быть использована  не по назначению. Подчеркиваю, правонарушения в этой области создаются не наукой, а бизнесом.

Следующие 20 лет биология будет расшифровывать, как план строения организма упаковывается в одну клетку. Сейчас мы делаем первые шаги, чтобы переосмыслить наши биологические возможности и резервы.

Пока нам известно, что «реликты» зародышевой ткани необходимы для экстренной массивной регенерации органов в случае массивного повреждения вследствие вирусной инфекции, травмы и т. п. Стволовые клетки — это министерство по чрезвычайным ситуациям, которое поставляет бойцов для борьбы с крупными катастрофами в организме.

В обычной рядовой жизни — стволовые клетки обеспечивают своевременную подмену старых износившихся клеток на здоровые молодые популяции. Здоровье и долголетие человека напрямую связано с работой стволовых клеток. Если человек начинает болеть, т. е. в его органах накапливаются больные испорченные клетки, это указывает на проблему с новыми клеточными кадрами. Выпадение зубов, волос, морщины на коже, утрата половой функции — яркие примеры старения, когда в организме исчерпан пул региональных стволовых клеток.

Кардинальный путь лечения таких недугов — это трансплантация стволовых клеток, восстановление резервов регенерации. Многие косметологические клиники уже используют стволовые клетки или их продукты. Пересадки половых стволовых клеток в организм стареющих животных уже освоены. Не за горами использование этой технологии в клинике.

Представители христианских религиозных конфессий вместе с «критически мыслящей» частью общества весьма скептически оценивают прогресс биологии в области стволовых клеток. Непродуманное вмешательство в первоосновы жизненного цикла, по мнению оппонентов новой биологии, может закончиться непоправимыми последствиями для самой цивилизации, поскольку с помощью знаний проще создаются технологии разрушения, чем созидания. Подобные разговоры ведутся с первых удачных попыток искусственного оплодотворения. За последние 30 лет появились десятки тысяч детей, зачатых в пробирке. Но никаких репродукционных катастроф, разрушения устоев семьи или достоинства новой жизни не произошло. Ни одна частная биотехнологическая компания не использует женщин малоразвитых стран для создания банка зародышей или половых клеток. Спору нет, любые новые научные технологии, особенно в области медицины, государство должно строго контролировать по многим соображениям.

Появление ЭСК на рынке технологических и медицинских услуг не угрожает достоинству и правам человека. Хирургическое удаление органа, либо пересадка органа не является процедурой, нарушающей территорию личности. Клетки наших органов подвергаются периодической смене. Пересадки клеток — это ускорение естественных процессов самообновления клеток организма.

Вообще, клетки человека — это единственно морально приемлемая форма экспериментов на человеке. Человек ни при каких обстоятельствах не может быть средством в руках ученого, в том числе для получения новых данных. Изучать геномику человека на других видах животных невозможно по многим причинам. Поэтому ЭСК самого человека — это единственный ключ к расшифровке грамматики и синтаксиса генома. Пока мы знаем только алфавит-каталог генов.

В части практического применения можно назвать две важнейшие области знаний на стыке с медициной. Нужно научиться из отдельных стволовых клеток создавать функциональные элементы ткани — мышечные, сердечные волокна, дольки печени, альвеолы, нефроны. Такой организованный рост стволовых клеток в лабораторной посуде требует знания программ (software). В генетике сейчас нет более важной задачи как понять первые страницы партитуры той величественной симфонии генов, которые открывают дорогу в новую многоклеточную жизнь.

Недалеко то время, когда вся генетическая, культурная и важнейшая социальная информация будет перенесена на электронные носители, либо в мир наночастиц-микрочипов. Любая биологическая информация, включая все программы стволовых клеток, в ближайшее столетие будет перенесена на новые стабильные физические носители порядком молекул или наночастиц. Это создает грандиозное будущее для нашей цивилизации, поскольку библиотеки знаний могут длительно путешествовать в космосе.

Уже сейчас несколько крупных компьютерных лабораторий занимаются реконструкцией менталитета Эйнштейна и других выдающихся мыслителей ХХ века по сохранившимся документальным данным

Возвращаясь к стволовым клеткам, особенно зародышей и эмбрионов, хочу особо подчеркнуть, что мир внутриутробной жизни и бурного развития осуществляется конфедерацией стволовых клеток разных зачатков органов. Мы не поймем тайн эмбриогенеза целого зародыша, пока не расшифруем коды взаимодействия РАЗНЫХ стволовых клеток.

Некоторые недалекие биологи и политики делают сейчас скоропалительные заявления по поводу того, что уже полученных в мире линий стволовых клеток человека достаточно для решения главных вопросов медицины. Особенно этим грешат некоторые американские ученые, которые настроили своего президента на свертывание дальнейших поисков новых источников стволовых клеток. Их поддерживают американские биотехнологические компании, пытающиеся монополизировать рынок будущих медицинских услуг для миллионов больных людей.

Между тем фетальная ткань является Клондайком уникальной информации. Линии стволовых клеток, которые получены в начале этого века, эта первая буровая вышка, построенная в Сибири или на Каспии. Наше с вами спасение — я имею в виду долголетие ныне живущих поколений — в лозунге: бурить, бурить и бурить на всех дозволенных территориях, а не слепо повторять, что уже сделано американцами. Что и как делать, наши образованные ученые знают не хуже. Были бы деньги, потому что только сплав больших денег и крупных идей создаст великую целебную медицину ХХI века.

Подчеркну в конце, что я не являюсь сторонником огульного оптимизма в новой области биологии. Биология на всех поворотных этапах своей истории учит осторожности и мудрому отношению к новым возможностям науки. Манипуляции со стволовыми клетками в лаборатории необходимы для детального изучения поведения этих клеток в разных ситуациях, чтобы исключить непредвиденные «взбрыки» их поведения в организме. Нам известно, что аномальное поведение стволовых клеток в организме порождает опухолевые клоны. Многие заболевания человека, связанные с дисбалансом функциональной и каркасной ткани, ведут к атеросклерозу сосудов, циррозу печени, склерозу головного мозга. Так что болезни стволовых клеток являются главными киллерами человечества. Они связаны с ошибками самообновления клеток в органах.

Эти болезни подсказывают ученому, что уже сейчас необходимо изучать взаимодействие главных стволовых клеток органов, формирующих функциональную ткань и коммуникации вкупе со стромой (каркасом) органа. Здоровье и долголетие органов кроется в гармонии и устойчивом балансе разных стволовых ниш.

Науке понадобится не один десяток лет, чтобы разобраться в этих законах, нормирующих деятельность стволовых территорий — офшорных зон вечной молодости на территории организма.

Изучение стволовых клеток — это не парад легко дающихся побед, а скрупулезное накопление новых фактов и знаний.

Однако в этом долгом марафоне всегда побеждают трудяги-оптимисты, а не философы-скептики.