120 лет жизни - только начало. Как победить старение?
Шрифт:
Одним из способов решения данной проблемы может быть искусственное введение в организм взрослого человека дополнительного количества стволовых клеток. Данные клетки должны быть получены из организма самого пациента, в противном случае нельзя будет избежать их отторжения, так как они будут чужеродными.
Небольшое их количество можно получать, например, из пуповинной крови младенца, после чего замораживать ее в жидком азоте, хранить до необходимого момента и прививать этому же человеку в зрелом возрасте. Эта процедура требует создания специализированных банков пуповинной крови, и подобные учреждения уже появляются на рынке — например, Гемабанк Института стволовых клеток человека.
Стволовыми клетками из пуповинной крови лечат некоторые формы рака крови. К сожалению, количество получаемых таким образом стволовых клеток недостаточно для лечения возраст-зависимых патологий,
Еще одним потенциальным источником клеток для регенерации поврежденных и стареющих тканей являются мезенхимальные стволовые клетки. Они сосредоточены в красном костном мозге и жировой ткани. Сначала делается пункция ткани, а затем отделение стволовых клеток и их размножение вне организма, после чего возможна их модификация или целенаправленное введение в ту часть организма, которая требует регенерации. Клинические испытания показали, что введение донорских стволовых клеток в поврежденные участки мозга улучшает состояние пациентов, перенесших инсульт. Введение мезенхимальных стволовых клеток помогает лечить ишемическую болезнь сердца и повышает выживаемость пациентов с инфарктом миокарда.
Очень перспективной является комбинация клеточной терапии с геропротекторами. Оказалось, что даже кратковременная предобработка сердечных стволовых клеток препаратами рапамицином и ресвератролом перед введением старым мышам, перенесшим инфаркт, повышает их активность и скорость регенерации.
Одним из наиболее современных подходов является перепрограммирование собственных зрелых клеток в подобие эмбриональных стволовых клеток. При этом образуются так называемые индуцированные плюрипотентные клетки (iPS). Полезным свойством этих клеток, напомним, является их способность при созревании превращаться в любые типы соматических клеток. Данное открытие имеет некоторую предысторию. Перенос ядра эмбриональной стволовой клетки во взрослую клетку или искусственное слияние этих двух типов клеток приводят к возникновению у зрелых клеток свойств, присущих стволовым незрелым клеткам. На этом основании было выдвинуто предположение о наличии регуляторных белков, обусловливающих свойства стволовой клетки. В 2006 году профессором Синьей Яманакой было показано, что генная терапия с помощью ретровируса с введением четырех определенных генов во взрослые дифференцированные клетки переводит их в состояние плюрипотентных стволовых клеток. За это открытие Яманака был удостоен Нобелевской премии. Впоследствии аналогичного эффекта удалось достичь введением всего двух из этих факторов. Наконец появились данные, свидетельствующие о том, что опасную ретровирусную модификацию клеток можно будет заменить на химическую стимуляцию нужных генов, но это дело будущего.
Перепрограммирование открывает широкие возможности: неограниченного воспроизводства и увеличения количества стволовых клеток, преобразования одних типов дифференцированных клеток в другие, что сделает возможным регенерацию определенных тканей и целых органов человека. В настоящее время проходит активное тестирование применения iPS для регенерации. Уже есть успешные разработки по воссозданию эритроцитов, клеток кожи, мышц, хряща и костной ткани.
Использование стволовых клеток и iPS имеет несколько подводных камней. Некоторые виды рака, по-видимому, возникают из раковых стволовых клеток. Поэтому манипуляции со стволовыми клетками вне организма и последующее их введение может спровоцировать опухоли, так называемые тератомы. Кроме того, стволовые клетки, для того, чтобы пойти по пути созревания и регенерации ткани, должны получать адекватные необходимые стимулы от своего окружения, такие как гормоны, факторы роста, цитокины, межклеточные контакты. Введение даже новых стволовых клеток в старый организм приводит лишь к кратковременной пользе, так как системные изменения и старение стволовых ниш приводит к неправильному созреванию потомков стволовых клеток. Установлено, что индуцированный нейрогенез в тканях мозга, например в гиппокампе, способствует забыванию имеющихся знаний. Не придется ли для омоложения мозга пожертвовать накопленным жизненным опытом?
Большой проблемой является также высокая концентрация в области регенеративной медицины мошенников от науки и недобросовестных предпринимателей. Для применения клеточной терапии требуется международная сертификация лаборатории и используемого препарата, данные завершенных клинических испытаний.
Одним из надежных способов удостовериться в качестве предлагаемого метода лечения служит наличие у ведущих специалистов лаборатории свежих публикаций в рецензируемых научных журналах.
Отсутствие таких публикаций для потенциального пациента должно послужить серьезным предостережением.
Клеточная терапия будущего видится в сочетании различных методов:
1) стимуляции внутреннего обновления клеток организма (ограничительной диетой, геропротекторами и пищевыми добавками),
2) омолаживающей генной терапии ключевых нейроэндокринных органов (прежде всего, гипоталамуса),
3) индуцированной гибели старых клеток,
4) введения собственных модифицированных мезенхимальных стволовых клеток и iPS, предобработанных геропротекторами,
5) искусственного воссоздания и имплантации в организм стволовых ниш,
6) замены дефектных участков органов,
7) пересадки новых органов, выращенных с использованием терапевтического клонирования.
Об этом и пойдет речь далее.
Выращивание и пересадка органов
Трансплантация органов является жизненно важной технологией, которая ежедневно спасает жизни людей. Однако современная трансплантация имеет существенные недостатки. Главный из них — необходимость получить донорский орган от другого человека. Поскольку такой человек не является генетически идентичным больному, велика вероятность отторжения донорского органа. Поэтому мечтой хирургов является выращивание нового органа из собственных клеток пациента.
Теоретически все органы и ткани человеческого тела можно вырастить из плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток. Это те клетки, из которых на ранних стадиях эмбриона возникают все виды тканей. Однако откуда их взять для лечения пациентов пожилого возраста? Международная группа исследователей под руководством Роберта Ланца впервые выполнила терапевтическое клонирование клеток взрослых людей. Они удалили ядра нескольких женских половых клеток — яйцеклеток — и внесли в них ядра, полученные от клеток взрослых и пожилых мужчин. Образовавшийся зародыш развивался до стадии бластоцисты, полностью состоящей из эмбриональных стволовых клеток, которые относительно легко перепрограммировать в любые типы клеток, воздействуя на них определенными сигнальными белками — ростовыми факторами.
Важным компонентом для выращивания органа является биодеградируемый каркасный материал, на который наносятся клетки (он также носит название «скаффолд»). Такой материал не должен вызывать отторжения и в идеале рассасываться и замещаться соединительной тканью. Создаваемые каркасные материалы могут быть как натуральными, например, из такого же органа умершего человека, либо синтетическими, состоящими из полимеров или керамики.
Энтони Аттала, директор Института регенеративной медицины в США, выделяет несколько проблем, решение которых необходимо для успешного воссоздания органов вне тела. Необходимо научиться культивировать клетки разных типов вне организма и в больших количествах. Важным фактором является подбор факторов роста, позволяющий клеткам созревать в нужный для данного органа тип клеток. В этой области достигнуты определенные успехи. Например, «в пробирке» уже выращивают клетки хряща и кожи. Вслед за плоскими тканями сотрудники Атталы научились выращивать вне тела кровеносные сосуды и полые органы, например мочеточник и мочевой пузырь, матку, влагалище. Сложностью их создания является не только форма, но и необходимость образовывать слои, состоящие из клеток разного типа. Здесь на помощь приходят искусственные биосовместимые материалы, которые приживаются в организме пациента, не вызывая отторжения.
Помимо сложности выращивания и операции по пересадке, существует необходимость интеграции имплантируемого органа и ткани в тело человека, проникновение в них кровеносных сосудов и нервов. Уже сейчас проводятся операции или идут клинические испытания технологий по пересадке и приживлению искусственно выращенных хрящей, кожи, мочевого пузыря и влагалища.
Выращивание твердых органов, таких как сердце, печень или почки, является наиболее деликатной и амбициозной задачей. Еще труднее добиться их интеграции в систему нервов и сосудов тела. Такие органы имеют более сложную структуру и включают в себя много типов клеток. Для их создания используют основу, полученную из донорских органов. С целью предотвращения отторжения исходные органы очищают от собственных клеток донора, оставляя только соединительнотканный каркас, который обрабатывают стволовыми клетками пациента, выращенными вне организма. По мере роста в биореакторе, стволовые клетки образуют на основе пустого каркаса полноценный орган, генетически идентичный организму реципиента.