Генетикам удалось доказать, что созданные из кожи стволовые клетки можно использовать для испытаний потенциальных лекарств. Теперь пациентам с редкими генетическими заболеваниями не придется глотать экспериментальные препараты, каждый раз играя в медицинский аналог русской рулетки.
Чтобы понять причины болезни или испытать новые лекарства, одних мышей и крыс недостаточно. Начинать приходится с клеток, выделенных у самих больных. Иногда и этого не хватает – трудно получить достаточное количество биологического материала из печени, почек и тем более – головного мозга. Лоренц Штудер из Института имени Слоан-Кеттеринг и его коллеги предложили воспользоваться для этой цели обычными фибробластами кожи, превращая их в любую ткань по выбору.
От эмбрионов можно отказаться
В отличие от личности в целом судьба каждой отдельной клетки предопределена, и изменить ее практически невозможно. Так, эпителиальные клетки способны к непрерывному делению, постоянно обновляя покровы организма. При этом они не способны превратиться, скажем, в нейроны, даже несмотря на то что в эмбриональном развитии произошли из одного зародышевого листка. Особняком здесь стоят разнообразные стволовые клетки – их способности как к делению, так и к всевозможным превращениям несколько шире. Но у взрослого человека и они серьезно ограничены – самые «могущественные» располагаются в костном мозге и дают начало всему многообразию клеток крови, но не клеткам той же печени или почек.
Самыми многообещающими из доступных ученым до недавнего времени оставались эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), выделяемые из плода до определенной стадии развития. В отличие от всех остальных они способны превращаться в любую клетку организма под действием соответствующего окружения. В экспериментальных условиях из них уже удалось вырастить и сердечную мышцу, и зубы, не говоря уже о сотнях мышей, «вылеченных» от десятков болезней.
Если бы не этические вопросы, связанные с получением ЭСК, проблемами иммунологической совместимости и риском развития опухолей, эти клетки уже давно закрепились бы и в клинической практике.
Псевдостволовые клетки
Три года назад в семействе стволовых клеток появился новый член -- индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), обладающие теми же самыми свойствами, что и эмбриональные, но полученные с помощью небольшой генетической модификации. В геном обычного фибробласта мышиной кожи встраиваются четыре участка ДНК (OCT4, SOX2, KLF4 и c-MYC). С 2006 года ученым удалось отказаться от вирусов для внедрения этих факторов, воспроизвести феномен для человеческих клеток и даже вырастить из ИПСК мышь.
Наиболее очевидное применение этой технологии – выращивание новых органов и тканей взамен износившихся или поврежденных. Авторы публикации в Nature предложили менее заманчивое, но от этого не менее перспективное применение – использовать ИПСК для изучения причин и развития наследственных заболеваний.
Отличительная особенность всех наследственных заболеваний – наличие дефекта в геноме зиготы, а следовательно, и во всех клетках организма. Для работы некоторых тканей мутация может быть малозаметна, а для других – критична.
Болезнь без слез
[v1]В случае синдрома Райли-Дея, который и стал объектом исследования, это мутация гена IKBKAP, располагающаяся на девятой хромосоме. Она встречается у 1 из 30 евреев-ашкенази и у одного из 3000 других жителей Земли. Впрочем, для проявления заболевания необходимо, чтобы обе копии гена были «дефектными» -- клиническая практика говорит об одном ребенке на 3600 новорожденных ашкенази.
В идеальном случае исследования молекулярных механизмов развития этого состояния нужно было бы проводить на нейронах, выделенных у пациентов. Но, во-первых, их трудно получить в достаточном количестве, а во-вторых, они не размножаются в культуре in vitro. По этой причине все эти процедуры до недавнего времени проводились на лимфоцитах, тоже получаемых у пациентов, но уже из крови.
Штудер и его коллеги сумели-таки получить «больные» нейроны в достаточном количестве, но не из мозга или органов чувств 10-летней пациентки, а из образца ее кожи. Естественно, сначала им пришлось превратить «дефектные» фибробласты в «больные» ИПСК, а только потом направить последние по соответствующему пути развития.
Нормальные «дефектные» клетки
Метод позволил авторам уточнить детали работы дефектного гена, показав, как замедляется рост, развитие и миграция нервных клеток. Но наиболее наглядной составляющей их работы стала демонстрация эффектов потенциальных лекарств.
На данный момент для синдрома Райли-Дея не существует лечения, способного устранить причину заболевания (равно как и для любого другого генетического заболевания). Поэтому врачам приходится бороться с проявлениями, предупреждая развитие наиболее часто приводящих к летальному исходу. Хотя отсутствие слез или сколиоз не назовешь фатальными причинами, но из-за совокупности проявлений и их последствий до 30 лет доживает только половина больных.
Если бы удалось найти препарат, способный максимально компенсировать работу дефектного гена, а не влиять на очень отдаленные последствия (искусственная слеза, противорвотные, массаж и другое), то это бы существенно облегчило работу врачей.
Авторы взяли три вещества, одинаково хорошо показавшие себя в упомянутых тестах на лимфоцитах: растительный гормон кинетин, антиоксидант галлат эпигаллокатехина и токотриенол, относящийся к группе витаминов Е.
Хотя все эти три вещества неплохо «давили» работу дефектного гена в лимфоцитах, только кинетин показал тот же эффект при введении в «больные» нейроны, полученные из ИПСК. Месяц терапии практически вернул нервные клетки в здоровое состояние, хотя так и не вернул им полностью способности к миграции.
О клинических испытаниях кинетина пока говорить рано, да и набрать необходимое количество добровольцев у врачей вряд ли получится – на всей планете сейчас известно лишь 350 больных синдромом Райли-Дея. Зато Штудер наглядно продемонстрировал, что общебиологические законы работают не только для полностью нормальных, но и для «дефектных» клеток.
