Стволовая клетка — это необязательно клетка, взятая у эмбриона. Это просто клетка, которая обладает двумя качествами: возможностью неограниченного самовозобновления и способностью порождать клетки разных типов.
Ствол дерева жизни
Обычные клетки могут делиться не более 50–80 раз, после чего у них запускается программа самоликвидации.¹ Стволовые клетки могут делиться 600 раз и больше. Существуют линии стволовых клеток мыши, которые живут в лаборатории более 30 лет. Единственный предел их неограниченного роста — накопившиеся за годы мутации, что в конечном итоге может сделать линию непригодной для использования.²
Способность порождать клетки разных типов у разных стволовых клеток разная. Оплодотворенная яйцеклетка в состоянии породить не только все 350 типов тканей взрослого организма, но и клетки плаценты. На 5–7-й день после оплодотворения потомки яйцеклетки «специализируются»: некоторые из них начинают строить плаценту, а другие — тело ребенка. Во взрослом организме также есть стволовые клетки, но каждая из них умеет делиться только на клетки определенных типов, например, производить только различные клетки крови. Клетка становится «узким специалистом» под влиянием сигналов от других клеток — гормонов и прочих сигнальных молекул, которые вызывают «выключение» некоторых генов, например, с помощью присоединения к их ДНК метиловой группы. Большинство потомков стволовой клетки специализируется еще больше и превращается в обычные клетки, выполняющие четко поставленную работу: скажем, клетка сердца не пытается вырабатывать желудочный сок, как это делает клетка желудка.
Универсальный строитель
Ученые могут извлекать стволовые клетки из самых разных тканей: из эмбриона, амниотической жидкости,³ пуповины и просто взрослых тканей — сердца или костного мозга. Кроме этого, ученые научились вызывать превращение стволовых клеток в клетки разных тканей (печени, сердца и других), воздействуя на них гормонами и другими веществами.
Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) — самые гибкие, и во многих случаях их легче выращивать. К сожалению, подсаживание таких клеток пациенту в целях терапии часто вызывает иммунную реакцию — все-таки это клетки другого организма. Чтобы «обмануть» иммунитет, ученые предложили технологию терапевтического клонирования, при которой ядро обычной клетки самого пациента пересаживается в ЭСК с удаленным ядром, создавая «персонализованную» ЭСК. Первым исследователем, который в 2005 году объявил об успешном клонировании ЭСК, был южнокорейский ученый Ву Сук Хван, но его результаты оказались подделанными. Компания Stemagen из Ла-Хойи (Калифорния) объявила о клонировании ЭСК человека в январе 2008-го, но после скандала с Ву Сук Хваном к таким объявлениям стали относиться осторожно: предстоит еще много труда, чтобы эта технология заработала надежно.
Стволовые клетки, выделенные из тканей взрослого человека («взрослые» стволовые клетки — ВСК), тоже могут применяться для выращивания тканей и даже органов. В 2006 году группа Энтони Эйталы из университета Уэйк Форест в Северной Каролине объявила, что они смогли вырастить из таких клеток мочевые пузыри для семи пациентов. Для выращивания каждого органа они сделали «болванку» в форме мочевого пузыря, после чего посадили на нее ВСК, выделенные из ткани стенки мочевого пузыря пациента, обеспечили клеткам питание и химическую стимуляцию — и на «болванке» вырос мочевой пузырь. «Я действительно верю, — сказал Энтони Эйтала в интервью The New Times, — что когда-нибудь станет возможно создавать «твердые» органы, такие как почки и печень, и более сложные органы, такие как сердце. Будет много трудностей, в том числе с кровоснабжением органа в процессе развития. Другой трудностью является выращивание определенных типов клеток вне тела, включая клетки сердца и поджелудочной железы — пока мы их выращивать не умеем. Я думаю, что преодоление этих трудностей возможно, но, разумеется, невозможно знать заранее, насколько это будет сложно и сколько времени займет».
ВСК также успешно применили для лечения рассеянного склероза, тяжелого нейродегенеративного расстройства, при котором иммунная система организма начинает атаковать нервные клетки, принимая их за клетки чужого организма. Ричард Барт из Северо-Западного университета в Чикаго извлек стволовые клетки из костного мозга нескольких сложных пациентов, после чего специальными химикатами уничтожил все рабочие иммунные клетки в их организме и подсадил стволовые клетки обратно. Постепенно стволовые клетки породили новое поколение иммунных клеток, которые не атаковали мозг. В январе 2009 года Ричард Барт объявил о первой в истории терапии, которая вызвала улучшение у пациентов с рассеянным склерозом: из группы в 23 человека через три года после терапии состояние 17 улучшилось, и ни у одного не произошло ухудшения.
Хотя извлекать и выращивать ВСК часто труднее, чем ЭСК, у них есть несколько преимуществ. Взрослые клетки безопаснее (реже вызывают образование раковой опухоли), и для их получения не приходится разрушать эмбрионы. С другой стороны, ЭСК незаменимы при изучении генетических заболеваний и тестировании в пробирке действия лекарств. Например, ученые могут использовать ЭСК с искусственными генетическими дефектами, чтобы вырастить в пробирке модель клеток человека, страдающего диабетом, и испытывать на этих клетках различные лекарства. Энтони Эйтала считает, что свои преимущества и недостатки имеют все типы стволовых клеток. «Мы еще не знаем, какое терапевтическое применение будет иметь каждый вид клеток, и только исследования могут дать ответ на этот вопрос».
Религия, этика, политика
С точки зрения биологов, жизнь человека начинается в момент оплодотворения. Но наука не может дать этическую или юридическую оценку, обладает ли человек на этой стадии какими-либо правами или «душой» — споры на эту тему ведут религиозные организации. Католическая церковь считает, что душу и все права человек получает в момент оплодотворения, поэтому любая манипуляция с оплодотворенными яйцеклетками, включая получение эмбриональных стволовых клеток, должна быть запрещена. Иудаизм считает, что человек начинается позже, после стадии бластоцисты4 (на которой в основном берут стволовые клетки), поэтому многие еврейские организации, в частности Hadassah (The Women’s Zionist Organization of America) и Union of Orthodox Jewish Congregations of America, одобряют получение стволовых клеток от эмбриона на ранней стадии.
Большинство стволовых клеток получают из замороженных эмбрионов, которые хранятся в центрах по лечению бесплодия. В таких центрах производят искусственное оплодотворение в пробирке, в результате которого появляются десятки эмбрионов. Часть эмбрионов (от одного до шести) подсаживают в женскую матку, а остальные замораживают. Если беременность оказалась неудачной, часть эмбрионов размораживают и подсаживают снова. В результате в клиниках США скопилось около 400 000 неиспользованных замороженных эмбрионов. Религиозные организации, работающие по программе Snowflakes Embryo Adoption («Снежинка — усыновление эмбрионов»), рассматривают морозильники с эмбрионами как «сиротские приюты» и призывают женщин имплантировать себе эти эмбрионы. Но число желающих ничтожно, поэтому почти все эмбрионы просто выбрасываются.
Бразильские исследователи стволовых клеток Патриция Пранке и Жуан Карлуш Силвейру из федерального Университета Риу-Гранди-ду-Сул полагают, что эмбрионы, которые никогда не были в материнской матке, не могут иметь права человека, так как человек, по их мнению, появляется в результате взаимодействия эмбриона с телом матери.5 Другие исследователи ищут способы получения клеток с качествами ЭСК, но без разрушения эмбриона. В 2006 году исследователи из Японии Кадзутоси Такахаси и Синя Яманака показали, что обычные клетки кожи можно «перепрограммировать» в стволовые клетки «широкого профиля», внедрив в них специальный вирус, несущий в себе четыре специальных гена. Другая группа, в Университете Висконсина, повторила эти результаты, но эта технология еще недостаточно разработана, чтобы заменить клетки из эмбрионов.
«Зеленый свет» от Обамы
Как же на исследования стволовых клеток повлияло решение Обамы? Вспомним историю. 9 августа 2001 года президент Буш объявил, что исследователи эмбриональных стволовых клеток могут использовать деньги федерального правительства, только если клетки были извлечены до этой даты. На тот момент существовало 78 линий, но только 21 линия была в нормальном состоянии. Среди них не было, например, клеток с генетическими дефектами, которые полезны для изучения механизма диабета и других заболеваний. Кроме того, в этих линиях накапливались мутации, и ученые нуждались в доступе к новым линиям. Некоторые ученые пытались использовать гранты от частных компаний, но частные компании требовали прав на патенты, что затрудняло кооперацию между группами исследователей. Два раза (в 2005-м и 2006-м) Сенат и Конгресс США пытались принять закон, ослабляющий ограничения 2001 года, но Джордж Буш всякий раз накладывал на такую попытку вето. Некоторые штаты, в частности Калифорния, выделили деньги на финансирование стволовых клеток из бюджета штата. Несмотря на то что в 2004 году калифорнийцы проголосовали за выделение $3 млрд на стволовые клетки, эти деньги лежали без движения, так как религиозные группы и борцы против налогов опротестовывали эти решения в суде.
Решение Обамы воодушевило не только американских ученых и родственников пациентов с тяжелыми болезнями, но и ученых других стран — ведь вся мировая наука тесно связана. Конечно, об этом решении до сих пор спорят, штаты Миссисипи и Джорджия после решения Обамы выступили с противоположными инициативами. Но именно так и происходит прогресс в гражданском обществе — решение принимается при взаимодействии центрального правительства и местных властей, коммерческих компаний и общественных организаций, ученых и политиков.
1 Апоптоз — программируемая клеточная смерть.
2 Главной причиной «бессмертия» стволовых клеток считается то, что они способны производить белок теломеразу, который восстанавливает кончики хромосом, «стачивающиеся» во время деления.
3 Амниотическая жидкость — скапливающаяся между зародышем и оболочкой жидкость, предохраняющая зародыш от высыхания и механических повреждений.
4 Одна из ранних стадий развития эмбриона, на которой он состоит всего из нескольких десятков клеток.
5 Patricia Pranke and Joao Carlos Silveiro. Human rights cannot cover cells that were never in the womb. Nature, March 12, 2009.