Новый метод получения стволовых клеток может стать прорывом в регенеративной медицине
Ученые из женской больницы Бригхэма (Brigham and Women’s Hospital, США) совместно с исследователями из Центра RIKEN в г. Кобе (Япония) обнаружили способ перепрограммирования зрелых клеток в эмбриональные стволовые клетки при помощи инкубации в среде с повышенной кислотностью. Данные опубликованы 30 января 2014 г. в журнале Nature.
Научно-исследовательская группа под руководством профессора Чарльза Ваканти (Charles Vacanti) предполагают, что их работа может помочь при создании эмбриональных стволовых клеток, индивидуальных для каждого пациента, без использования манипуляций с генами.
С момента открытия в 2006 г. первых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSc) — альтернативы эмбриональным стволовым клеткам, ученые ищут новые пути их безопасного получения.
Американо-японскую команду изначально заинтересовали свойства каллусной ткани растений – группы клеток, которые дают начало новому растению после его повреждения или уничтожения. Ученые предположили, что данный процесс возможен и у стволовых клеток животного происхождения. Они выдвинули гипотезу, что если стволовые клетки уже прошли дифференцировку, то этот процесс можно обратить вспять естественным путём.
Для подтверждения своей теории, учёные подвергали клетки мышей различным кратковременным стрессовым ситуациям: нагревали, механически воздействовали на них, «морили голодом» на обеднённой среде и в условиях низкого содержания кислорода.
Исследовательская группа под руководством профессора Харуки Обокаты (Haruko Obokata), ведущего специалиста в области стволовых клеток Центра RIKEN, использовала лимфоциты, полученные из селезёнки новорожденных специально выведенных мышей – носителей гена, обеспечивающего зеленое свечение в присутствии белка Oct-4, специфичного для плюрипотентных клеток. Лимфоциты инкубировали 25 минут в слабокислом растворе (pH=5,7), а затем вновь помещали в стандартную среду для культивирования. Спустя неделю из выживших 20% клеток 30% продемонстрировали свойства, характерные для плюрипотентных клеток.
Учёные назвали полученные клетки STAP (stimulus-triggered acquisition of pluripotency — «клетки со стимул-приобретенной плюрипотентностью»). После стрессовой инкубации в кислой среде у них включались гены плюрипотентности, а участки ДНК, обычно блокируемые в зрелых клетках, снова становились активными.
Чтобы проверить плюрипотентность полученных клеток, исследователи ввели их в бластоцисту мыши. В отличие от обычных ЭСК, STAP-клетки дифференцировались как в клетки эмбриона, так и в плацентарную ткань, что, по мнению авторов, характеризует уникальную плюрипотентность клеток. У новорожденных мышат STAP-клетки присутствовали во всех видах тканей. Кроме того, у потомства этих животных также обнаружили STAP-клетки, что доказывает их способность к дифференцировке даже в половые клетки и возможность передаваться следующим поколениям.
При введении взрослым животным STAP-клеток они образовывали тератомы – опухоли, обычно формирующиеся из эмбриональных клеток.
По мнению Хосе Сильвы (Jose Silva), специалиста по стволовым клеткам, профессора Кембриджского университета, STAP-клетки проявляют свойства тотипотентности – способности дифференцироваться в любые клетки организма, а также в ткани плаценты. Подобными характеристиками обладают эмбриональные клетки первое время после зачатия.
Если дальнейшие исследования подтвердят тотипотентность STAP-клеток, данное открытие станет прорывом в клонировании.
Однако, профессор Обоката подчеркнула, что открытие, сделанное её группой, должно быть использовано для лечения рака и применяться в регенеративной медицине, а не в сфере клонирования. Метод может помочь пациентам, которым необходима трансплантация вследствие травм или генетических нарушений.
«В природе естественное перепрограммирование клеток встречается у растений. Возможно, в клетках млекопитающих существует подобный механизм. Но возникают вопросы: как такие процессы регулируются в организме? Кислота, переваривающая пищу в желудке млекопитающих, гораздо сильнее той, что использовалась в STAP-эксперименте. Я думаю, наши ткани обладают каким-то механизмом, ингибирующим перепрограммирование в зрелых клетках. Но, чтобы доказать это, мы должны проводить дальнейшие исследования», — говорит Обоката.
Некоторые животные уже давно известны своими удивительными регенеративными способностями. У амфибий, в частности – тритонов и саламандр, клетки в местах травмы могут дифференцироваться в ткани новых конечностей, глаз и других частей тела.
Кулдип Сидху (Kuldip Sidhu), специалист в области стволовых клеток, профессор Университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales) в Сиднее, Австралия, говорит, что понимание и контроль механизмов, запускающих или блокирующих дифференцировку клеток, возможно, позволит в будущем контролировать регенерацию тканей у человека.
