Бутони та зав’язі на стовбурі клітинної терапії

(Продовження.
Початок у №20, 2006 р.)

Олімпійські кільця надії

Напередодні Олімпіади в Солт-Лейк-Сіті 2002 року вчені університету Юти викликали загальне захоплення, продемонструвавши вирощені зі стовбурних клітин нервові волокна, сплетені в олімпійські кільця. Тоді здавалося, що вже через кілька років удасться виростити на замовлення будь-який орган людського тіла, необхідний для трансплантації. На цей час із допомогою біодеградуючих матриксів (методом тримірної тканинної інженерії) вдалося виростити багатошарові імплантати шкіри, хрящової тканини, фрагменти судин, зуб (у пацюка) і навіть фалангу пальця. При цьому вчені зіштовхнулися з необхідністю не тільки сформувати сам орган, а й забезпечити його кровопостачанням та іннервацією. Не обіцяє бути легким і процес трансплантації так званих артифіційних органів. Правда, трансплантацію штучно вирощеного сечового міхура вже цілком успішно зроблено семи пацієнтам із уродженим пороком цього органа. Вирощували їх протягом семи тижнів зі стовбурних клітин, отриманих із тканини (сечового міхура) самих пацієнтів. За чотири роки, що минули з часу операції, жодних ускладнень не зареєстровано, а стан пацієнтів значно поліпшився.

При цьому якщо сечовий міхур вирощували прямо «на тарілці» (пошарово висаджуючи в живильне середовище розмножені стовбурні клітини), то деякі людські органи намагаються вирощувати в організмах піддослідних тварин. Так, норвезькі дослідники, помітивши, що спинний мозок курячого ембріона разюче швидко відновлюється після травми, вирішили вводити в уражену ділянку дорослі стовбурні клітини людського кісткового мозку. Під впливом нового мікросередовища трансплантовані клітини досить швидко набували властивостей нейронів, здатних виробляти, передавати і сприймати нервові імпульси в межах курячого мозку. Можливо, саме таким шляхом і прийде до людства порятунок від невиліковних нині ушкоджень нервових тканин.

Раковий корпус

Наявність певних паралелей між поведінкою стовбурних клітин і утворенням злоякісних пухлин помічено давно. Головна відмітна властивість ембріональних стовбурних клітин — здатність поділятися протягом тривалого часу, залишаючись недиференційованими (аналогічно принципам поведінки ракових клітин). Крім того, існували ще деякі аспекти, що важко піддавалися поясненню. Так, найбільш схильними до злоякісного переродження виявлялися найбільш короткоживучі клітини в організмі — крові, шкіри і слизової травного тракту. Тривалості життя кожної такої окремо взятої клітини явно не вистачало для накопичення критичної кількості мутацій, здатних перетворити здорову клітину на онкогенну. Не зовсім логічною видавалася і поведінка ракових клітин після хіміотерапії. Відповідно до статистики, сучасні препарати знищують 99 відсотків клітин пухлини. Досліди, поставлені 1961 року, засвідчили, що для утворення нової пухлини з клітин уже наявної, введених тому ж пацієнтові у здорові тканини, потрібно понад мільйон таких клітин. Зате рецидиви пухлин після хіміотерапії виникають набагато частіше.

Виявлення 1997 року спеціальних стовбурних ракових клітин при лейкемії, а потім і при інших формах онкологічних патологій істотно полегшило збирання цього фрагмента пазла. Якщо збій відбувається у стовбурній клітині крові або шкіри, які зі скаженою швидкістю виробляють недиференційовані клітини, то дивуватися частоті й швидкості розвитку онкопатологій цих органів не варто. Така ж сама ситуація і з виникненням рецидивів — проста ракова клітина не започаткує нову пухлину, це під силу тільки стовбурній клітині пухлини. На частку останніх, за деякими даними, може припадати до 20 відсотків усіх ракових клітин (точніше, в такої кількості ракових клітин виявляються маркери, які приписують стовбурним клітинам. Більшість експертів вважають, що в міру вдосконалення методики ідентифікації стовбурних клітин ця величина стрімко знижуватиметься).

Проте, незалежно від кількісних показників, принциповий висновок із цієї передумови очевидний — знищувати потрібно не всі клітини пухлини, а тільки стовбурні. І перші успішні кроки на цьому напрямі вже зроблено — зокрема американським ученим удалося з допомогою спеціального препарату знищити в мишей, хворих на лейкемію, ракові стовбурні клітини, залишивши нормальні стовбурні клітини неушкодженими.

Утім, на цьому хитросплетіння між клітинною терапією й онкологією не закінчуються. Річ у тому, що в міру культивування стовбурних клітин у штучному середовищі в них також накопичуються різні генетичні зміни, у тому числі й ті, що трапляються в ракових клітин. Більше того, чим далі, тим більше в клітинах накопичується саме таких небажаних перетворень. У нормі стовбурні клітини функціонують в організмі в суворій відповідності до сигналів, які вони отримують від сусідніх клітин, зокрема й у вигляді чинників росту. В умовах культивування in vitro значної частини цього «інформаційного середовища» немає. Виживають при цьому не всі клітини, а тільки ті, які виявляються більше пристосованими до такого «інформаційного голоду». У результаті через кілька поколінь у культурі залишаються клітини, яким взагалі не потрібні вказівки, коли та як їм поділятися, і роблять вони це зовсім безконтрольно. Отож завдання «керування» інформаційним потоком, який надходить у стовбурні клітини, поступово набуває пріоритетного значення. Причому не тільки з метою боротьби з раком.

Потрібні диригенти

Один із найелегантніших експериментів на цьому напрямі було поставлено в Уельському медичному коледжі при Корнельському університеті. Ввівши мишачим ембріонам із вродженим пороком серця ембріональні стовбурні клітини й отримавши в результаті переконливе поліпшення стану, вчені на цьому не зупинилися. Потім вони спробували вводити стовбурні клітини мишам, котрі виношують цих ембріонів. З’ясувавши, що в результаті таких ін’єкцій в організмі вагітної миші стимулюється вироблення специфічного гормону IGF-1, який із кров’ю матері потрапляє в ембріон, що розвивається, і сприяє виправленню вродженого дефекту, дослідники взагалі вирішили обмежитися ін’єкцією самого гормону. Аналогічні дослідження засвідчили, що введення іншого гормону тваринам, які перенесли інфаркт, сприяє посиленому викиду гемопоетичних стовбурних клітин із кісткового мозку в кров, звідки вони потрапляють в ушкоджене серце й допомагають його відновленню. Які механізми примушують стовбурні клітини донорського кісткового мозку, введені прямо у кров’яне русло (простіше кажучи — у вену), самостійно знаходити осередки ураження, вбудовуватися куди слід і починати продукувати клітини крові? Пояснити, за рахунок чого все це відбувається, учені поки що не можуть. Але й зізнаватися в цьому не поспішають, при найменшій же загрозі втратити твердий науковий ґрунт під ногами переходячи на свою специфічну пташину мову — хоумінг, проліферація, трансдиференціація, енграфтінг, химеризм, ф’южн...

Диференціація — процес, за якого неспеціалізована стовбурна клітина набуває певної структури чи функції. Інакше кажучи, перетворюється на спеціалізовану клітину, наприклад, нейрон чи лейкоцит.

Проліферація — процес самовідтворення популяції стовбурних клітин протягом тривалого часу шляхом ділення і без диференціації.

Пластичність — здатність дорослої стовбурної клітини, виявленої в одній тканині чи органі, «перепрограмуватися» на диференціацію в клітину іншої тканини.

Трансдиференціація — здатність спеціалізованих клітин «повертатися» на стадію стовбурної клітини з подальшою спеціалізацією в клітину іншого типу.

Хоумінг — у вузькому розумінні цього слова — здатність гемопоетичних клітин мігрувати в кістковий мозок; у більш широкому розумінні — здатність стовбурних клітин мігрувати у свою стовбурну нішу («місце прописки» чи ушкоджений орган).

Химеризм — у широкому розумінні слова — виникнення організму, клітини якого містять генотипи різних організмів; у вузькому розумінні слова — співіснування своїх і донорських стовбурних клітин.