Введение
Тип плюрипотентных бластоцистических стволовых клеток
Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) – это плюрипотентные стволовые клетки, полученные из внутренней клеточной массы бластоцисты, эмбриона на ранней стадии до имплантации. Человеческие эмбрионы достигают стадии бластоцисты через 4–5 дней после оплодотворения, в это время они состоят из 50–150 клеток. Изоляция внутренней клеточной массы (эмбриобласта) с помощью иммунохирургии приводит к разрушению бластоцисты, процесс, который вызывает этические вопросы, включая вопрос о том, следует ли рассматривать эмбрионы на доимплантационной стадии развития с той же моральной точки зрения, что и эмбрионы на стадии развития после имплантации. В настоящее время исследователи уделяют большое внимание терапевтическому потенциалу эмбриональных стволовых клеток, и клиническое применение является целью для многих лабораторий.
Свойства
Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), полученные из бластоцисты на ранних стадиях развития эмбрионов млекопитающих, характеризуются способностью дифференцироваться в любой тип клеток эмбриона и способностью к самообновлению. Именно эти свойства делают их ценными для научных и медицинских исследований. ЭСК обладают нормальным кариотипом, поддерживают высокую активность теломеразы и демонстрируют значительный долгосрочный пролиферативный потенциал.
Плюрипотентный
Эмбриональные стволовые клетки внутренней клеточной массы являются плюрипотентными, то есть способны дифференцироваться в примитивную эктодерму, которая в конечном итоге, в процессе гаструляции, дифференцируется во все производные трех зародышевых листков: эктодерму, эндодерму и мезодерму. Эти зародышевые листки дают начало всем более чем 220 типам клеток взрослого человеческого организма. При получении соответствующих сигналов, ЭСК сначала формируют клетки-предшественники, которые впоследствии дифференцируются в нужные типы клеток. Плюрипотентность отличает эмбриональные стволовые клетки от взрослых стволовых клеток, которые являются мультипотентными и способны производить лишь ограниченное число типов клеток.
Самообновление и ремонт конструкции
При определенных условиях эмбриональные стволовые клетки способны к неограниченному самообновлению, сохраняя недифференцированное состояние. Условия самообновления должны предотвращать агрегацию клеток и поддерживать среду, способствующую сохранению неспециализированного состояния. Как правило, этого достигают в лабораторных условиях, используя среды, содержащие сыворотку и лейкемический ингибирующий фактор, или добавки к средам, не содержащим сыворотки, с двумя ингибирующими препаратами ("2i") – ингибитором MEK PD03259010 и ингибитором GSK3 CHIR99021.
Рост
ЭСК делятся очень часто из-за сокращения фазы G1 в их клеточном цикле. Быстрое деление клеток позволяет им быстро увеличиваться в численности, но не в размере, что важно для раннего развития эмбриона. В ЭСК белки циклина А и циклина Е, участвующие в переходе G1/S, постоянно экспрессируются на высоком уровне. Циклинзависимые киназы, такие как CDK2, способствующие продвижению клеточного цикла, сверхактивны, отчасти из-за снижения экспрессии их ингибиторов. Белки ретинобластомы, ингибирующие транскрипционный фактор E2F до готовности клетки к входу в фазу S, гиперфосфорилируются и инактивируются в ЭСК, что приводит к постоянной экспрессии генов пролиферации. ЭСК, культивируемые в 2i среде без сыворотки, экспрессируют гипофосфорилированные активные белки ретинобластомы и имеют удлиненную фазу G1. Несмотря на эту разницу в клеточном цикле по сравнению с ЭСК, выращенными в среде, содержащей сыворотку, эти клетки сохраняют схожие плюрипотентные характеристики. Факторы плюрипотентности Oct4 и Nanog играют роль в транскрипционной регуляции клеточного цикла эмбриональных стволовых клеток.
Применение
Из-за их пластичности и потенциально неограниченной способности к самообновлению, эмбриональные стволовые клетки рассматриваются как перспективный инструмент для регенеративной медицины и замещения тканей после травм или заболеваний. Плурипотентные стволовые клетки продемонстрировали обнадеживающие результаты в лечении широкого спектра заболеваний, включая, но не ограничиваясь: повреждения спинного мозга, возрастную макулярную дегенерацию, диабет, нейродегенеративные расстройства (например, болезнь Паркинсона), СПИД и другие. Помимо потенциала в регенеративной медицине, эмбриональные стволовые клетки могут служить альтернативным источником тканей и органов, что является потенциальным решением проблемы дефицита донорских органов. Однако, вокруг этой темы существуют определенные этические разногласия (см. раздел «Этические дебаты» ниже). Помимо этого, ЭСК могут использоваться для изучения раннего развития человека, некоторых генетических заболеваний и проведения токсикологических исследований in vitro.
Тканевая инженерия
Известно, что в тканевой инженерии использование стволовых клеток имеет большое значение. Для успешной разработки ткани используемые клетки должны быть способны выполнять специфические биологические функции, такие как секреция цитокинов, сигнальных молекул, взаимодействие с соседними клетками и создание внеклеточного матрикса в правильной организации. Стволовые клетки демонстрируют эти специфические биологические функции, а также обладают способностью к самообновлению и дифференцировке в один или несколько типов специализированных клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются одним из рассматриваемых источников для применения в тканевой инженерии. Использование человеческих эмбриональных стволовых клеток открыло множество новых возможностей для тканевой инженерии, однако существует ряд препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем их можно будет использовать. Предполагается, что если эмбриональные стволовые клетки удастся модифицировать таким образом, чтобы они не вызывали иммунный ответ при имплантации пациенту, это станет революционным шагом в тканевой инженерии. Область применения эмбриональных стволовых клеток не ограничивается только тканевой инженерией.
Терапия заменой клеток
Исследования были сосредоточены на дифференцировке ЭСК в различные типы клеток с целью их последующего использования в качестве клеточной терапии замещения. Среди типов клеток, которые уже получены или находятся в стадии разработки, – кардиомиоциты, нейроны, гепатоциты, клетки костного мозга, островковые клетки и эндотелиальные клетки. Однако получение этих типов клеток из ЭСК сопряжено с определенными трудностями, поэтому исследования направлены на преодоление этих препятствий. Например, проводятся исследования по дифференцировке ЭСК в кардиомиоциты, специфичные для определенной ткани, и по устранению их незрелых характеристик, отличающих их от зрелых кардиомиоцитов.
Клинический потенциал
Исследователи дифференцировали ЭСК в дофаминпродуцирующие клетки в надежде, что эти нейроны можно будет использовать для лечения болезни Паркинсона. ЭСК были дифференцированы в клетки-натуральные киллеры и костную ткань. Ведутся исследования с использованием ЭСК для разработки альтернативного метода лечения диабета. Например, ЭСК были дифференцированы в инсулин-продуцирующие клетки, и исследователям из Гарвардского университета удалось получить большое количество бета-клеток поджелудочной железы из ЭСК. В статье, опубликованной в журнале European Heart Journal, описывается процесс трансляции, направленный на получение кардиальных прогениторных клеток, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека, для использования в клинических испытаниях у пациентов с тяжелой сердечной недостаточностью.
Открытие лекарств
Помимо того, что они стали важной альтернативой трансплантации органов, эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) также используются в токсикологии и в качестве клеточных тестов для выявления новых химических соединений, которые могут быть разработаны как препараты с малыми молекулами. Исследования показали, что кардиомиоциты, полученные из ЭСК, являются подтвержденными in vitro моделями для тестирования лекарственной чувствительности и прогнозирования профилей токсичности. Гепатоциты, полученные из ЭСК, также представляют собой полезные модели, которые могут применяться на доклинических этапах разработки лекарственных средств. Однако получение гепатоцитов из ЭСК оказалось сложной задачей, что ограничивает возможности тестирования метаболизма лекарств. Поэтому исследования направлены на создание полностью функциональных гепатоцитов, полученных из ЭСК, со стабильной активностью ферментов I и II фаз.
Модели генетических нарушений
Несколько новых исследований начали изучать возможность моделирования генетических заболеваний с использованием эмбриональных стволовых клеток. Это достигается либо путем генетической модификации клеток, либо, в последнее время, путем получения клеточных линий, соответствующих заболеваниям, выявленным пренатальной генетической диагностикой (ПГД). Такой подход может оказаться весьма ценным при изучении заболеваний, таких как синдром хрупкой Х-хромосомы, муковисцидоз и другие генетические патологии, для которых не существует надежных моделей. Юрий Верлинский, российско-американский врач и исследователь, специализирующийся на генетике эмбриона и клеток (генетической цитологии), разработал методы пренатальной диагностики для выявления генетических и хромосомных нарушений на полтора месяца раньше, чем стандартная амниоцентеза. Эти методы сейчас широко используются беременными женщинами и будущими родителями, особенно парами с отягощенным генетическим анамнезом или когда возраст женщины превышает 35 лет (когда риск генетических заболеваний возрастает). Более того, позволяя родителям выбирать эмбрион, не несущий генетических дефектов, они потенциально могут спасти жизни братьев и сестер, страдающих от подобных заболеваний, используя клетки здорового потомства.
Ремонт повреждений ДНК
Дифференцированные соматические клетки и ЭС-клетки используют различные стратегии для работы с повреждениями ДНК. Например, фибробласты крайней плоти человека, один из типов соматических клеток, используют негомологичное соединение концов (NHEJ) – подверженный ошибкам процесс восстановления ДНК – в качестве основного пути репарации двухцепочечных разрывов (DSB) на всех стадиях клеточного цикла. Из-за своей склонности к ошибкам, NHEJ часто приводит к мутациям в клональных потомках клетки. ЭС-клетки используют иную стратегию для устранения DSB. Поскольку ЭС-клетки дают начало всем типам клеток организма, включая клетки зародышевой линии, мутации, возникающие в ЭС-клетках из-за дефектного восстановления ДНК, представляют собой более серьезную проблему, чем в дифференцированных соматических клетках. Следовательно, в ЭС-клетках необходимы надежные механизмы для точной репарации повреждений ДНК, а в случае неудачи репарации – для удаления клеток с невосстановленными повреждениями ДНК. Таким образом, мышиные ЭС-клетки преимущественно используют высокоточный гомологичный рекомбинационный ремонт (HRR) для репарации DSB. Вместо этого они подвергаются запрограммированной клеточной смерти (апоптозу) в ответ на повреждение ДНК. Апоптоз может служить предохранительным механизмом для удаления клеток с невосстановленными повреждениями ДНК, чтобы избежать мутаций и прогрессирования рака. В соответствии с этой стратегией, частота мутаций у стволовых клеток ЭС мыши примерно в 100 раз ниже, чем у изогенных соматических клеток мыши.
Клиническое исследование
23 января 2009 года клинические испытания I фазы по трансплантации олигодендроцитов (тип клеток мозга и спинного мозга), полученных из человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), пациентам с повреждениями спинного мозга получили одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), ознаменовав начало первого в мире клинического испытания с использованием ЭСК на людях. Исследование, приведшее к этому научному прорыву, было проведено Хансом Кирстедом и его коллегами из Калифорнийского университета в Ирвине при поддержке компании Geron Corporation из Менло-Парка, штат Калифорния, основанной доктором Майклом Д. Уэстом. Предыдущий эксперимент показал улучшение восстановления двигательной активности у крыс с повреждением спинного мозга после трансплантации человеческих ЭСК с задержкой в 7 дней, когда клетки были направлены на олигодендроцитарный путь развития. Клиническое исследование I фазы было разработано для включения примерно восьми-десяти пациентов с параплегией, получивших травму не позднее чем за две недели до начала исследования, поскольку клетки необходимо вводить до образования рубцовой ткани. Исследователи подчеркнули, что инъекции не ожидалось полностью излечить пациентов и восстановить всю подвижность. Основываясь на результатах исследований на грызунах, исследователи предположили, что возможно восстановление миелиновых оболочек и увеличение подвижности. Это первое испытание было в первую очередь направлено на оценку безопасности процедуры, и в случае успеха ожидалось, что оно приведет к дальнейшим исследованиям с участием пациентов с более тяжелыми нарушениями. Испытание было приостановлено в августе 2009 года из-за опасений FDA относительно небольшого количества микроскопических кист, обнаруженных у нескольких обработанных крыс, но приостановка была снята 30 июля 2010 года. В октябре 2010 года исследователи набрали и ввели ЭСК первому пациенту в Центре Шепарда в Атланте. Компания Geron Corporation, разработчик терапии стволовыми клетками, оценила, что потребуется несколько месяцев для репликации стволовых клеток и оценки эффективности или неэффективности терапии GRNOPC1. В ноябре 2011 года Geron объявила о прекращении испытания и выходе из исследований стволовых клеток по финансовым причинам, но заявила о намерении продолжать наблюдение за существующими пациентами и искать партнера для продолжения исследований. В 2013 году BioTime, возглавляемая генеральным директором доктором Майклом Д. Уэстом, приобрела все активы Geron в области стволовых клеток с заявленной целью возобновления клинического испытания Geron на основе эмбриональных стволовых клеток для исследования травм спинного мозга. Компания BioTime Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST) получила грант в размере 14,3 миллиона долларов в рамках программы стратегического партнерства от Калифорнийского института регенеративной медицины (CIRM) для возобновления первого в мире клинического испытания на людях на основе эмбриональных стволовых клеток для лечения травм спинного мозга. CIRM, финансируемый из государственных средств Калифорнии, является крупнейшим в мире спонсором исследований и разработок в области стволовых клеток. Грант обеспечивает финансирование для Asterias для возобновления клинической разработки AST OPC1 у пациентов с травмой спинного мозга и расширения клинических испытаний с использованием возрастающих доз в целевой популяции, предназначенной для будущих ключевых испытаний. Проблемы безопасности заставили FDA приостановить первое клиническое испытание ЭСК, однако опухоли не были обнаружены. Основная стратегия повышения безопасности ЭСК для потенциального клинического применения заключается в дифференцировке ЭСК в определенные типы клеток (например, нейроны, мышечные клетки, клетки печени), которые обладают сниженной или отсутствующей способностью вызывать опухоли. После дифференцировки клетки подвергаются сортировке с помощью проточной цитометрии для дальнейшей очистки. Считается, что ЭСК по своей природе безопаснее, чем iPS-клетки, созданные с использованием генетически интегрированных вирусных векторов, поскольку они не генетически модифицированы генами, такими как c-Myc, связанными с раком. Тем не менее, ЭСК экспрессируют очень высокие уровни генов, индуцирующих iPS, и эти гены, включая Myc, необходимы для самообновления и плюрипотентности ЭСК, и потенциальные стратегии повышения безопасности путем устранения экспрессии c-Myc вряд ли сохранят "стволовые" свойства клеток. Однако было установлено, что N-Myc и L-Myc индуцируют iPS-клетки вместо c-Myc с сопоставимой эффективностью. Более поздние протоколы для индуцирования плюрипотентности полностью обходят эти проблемы, используя неинтегрирующие РНК-вирусные векторы, такие как вирус Сендай или трансфекцию мРНК.
Этические дебаты
Из-за специфики исследований эмбриональных стволовых клеток по этой теме существует множество противоречивых мнений. Поскольку получение эмбриональных стволовых клеток обычно требует уничтожения эмбриона, из которого эти клетки берутся, возникает вопрос о моральном статусе эмбриона. Некоторые утверждают, что пятидневный скоплений клеток слишком молод для признания его личностью, или что эмбрион, пожертвованный из клиники ЭКО (где лаборатории обычно получают эмбрионы), в любом случае был бы утилизирован как медицинские отходы. Противники исследований ЭСК утверждают, что эмбрион является человеческой жизнью, следовательно, его уничтожение – это убийство, и эмбрион должен быть защищен с той же этической точки зрения, что и более развитый человек.
История
1964: Льюис Клейнсмит и Г. Барри Пирс-младший выделили один тип клеток из тератокарциномы, опухоли, происходящей из зародышевых клеток. Эти клетки были изолированы из реплицирующейся тератокарциномы и культивировались в клеточной культуре как стволовые клетки, и теперь известны как эмбриональные карциномы (ЭК). Несмотря на сходство в морфологии и дифференцировочном потенциале (плюрипотентности), что привело к использованию ЭК-клеток в качестве in vitro модели раннего развития мыши, ЭК-клетки несут генетические мутации и часто имеют аномальный кариотип, накапливавшиеся в процессе развития тератокарциномы. Эти генетические аберрации еще больше подчеркнули необходимость культивирования плюрипотентных клеток непосредственно из внутренней клеточной массы. 1981: Эмбриональные стволовые клетки (ЭС-клетки) были впервые независимо получены из эмбрионов мыши двумя группами исследователей. Мартин Эванс и Мэтью Кауфман из Департамента генетики Кембриджского университета первыми опубликовали результаты в июле, представив новый метод культивирования эмбрионов мыши в матке для увеличения количества клеток, что позволило получить ЭС-клетки из этих эмбрионов. Гейл Р. Мартин из Департамента анатомии Калифорнийского университета в Сан-Франциско опубликовала свою работу в декабре и впервые использовала термин «эмбриональная стволовая клетка». Она показала, что эмбрионы можно культивировать in vitro и что из них можно получить ЭС-клетки. 1989: Марио Р. Каппечи, Мартин Дж. Эванс и Оливер Смитхис опубликовали результаты своих исследований, подробно описывающие выделение и генетическую модификацию эмбриональных стволовых клеток, создав первых «нокаутных мышей». Создание нокаутных мышей предоставило ученым принципиально новый способ изучения заболеваний. 1996: Долли стала первым млекопитающим, клонированным из клетки взрослого организма в Институте Рослина при Эдинбургском университете. Этот эксперимент подтвердил предположение, что специализированные взрослые клетки сохраняют генетическую информацию, необходимую для выполнения определенной функции, что заложило основу для дальнейших исследований в различных методах клонирования. Эксперимент с Долли был проведен путем получения клеток вымени овцы (Долли) и их дифференцировки до завершения деления. Затем яйцеклетку взяли у другой овцы-реципиента и удалили ядро. Клетку вымени поместили рядом с яйцеклеткой и соединили электрическим током, что привело к слиянию ДНК. Эта яйцеклетка дифференцировалась в эмбрион, который был имплантирован третьей овце, родившей клон Долли. 1998: Группа ученых из Университета Висконсина-Мэдисон (Джеймс А. Томсон, Джозеф Ицковиц Элдор, Сандер С. Шапиро, Мишель А. Вакниц, Дженнифер Дж. Свайерджель, Вивьен С. Маршалл и Джеффри М. Джонс) опубликовала статью под названием «Линии эмбриональных стволовых клеток, полученные из человеческих бластоцист». Исследователи не только создали первые эмбриональные стволовые клетки, но и подтвердили их плюрипотентность и способность к самообновлению. В аннотации к статье подчеркивается значимость открытия для областей биологии развития и разработки лекарственных препаратов. 2001: Президент Джордж Буш разрешил федеральное финансирование исследований примерно 60 уже существующих линий эмбриональных стволовых клеток. Поскольку финансирование было разрешено только для уже созданных линий, это решение поддерживало исследования ЭС-клеток, не вызывая этических вопросов, связанных с созданием новых линий за счет федерального бюджета. 2006: Японские ученые Синья Яманака и Казутоси Такаси опубликовали статью, описывающую индуцирование плюрипотентности в клетках взрослых мышиных фибробластов. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) стали важным открытием, поскольку они, по-видимому, идентичны эмбриональным стволовым клеткам и могут быть использованы без тех же моральных возражений. Январь 2009 года: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило начало фазы I клинических испытаний препарата Geron Corporation на основе эмбриональных стволовых клеток человека для лечения травм спинного мозга. Это объявление вызвало энтузиазм в научном сообществе, но также и опасения у противников стволовых клеток. Клетки для лечения, однако, были получены из клеточных линий, одобренных в соответствии с политикой Джорджа Буша в отношении ЭС-клеток. Март 2009 года: Президент Барак Обама подписал исполнительный указ № 13505, отменяющий ограничения на федеральное финансирование исследований человеческих стволовых клеток, введенные предыдущей администрацией. Это позволило Национальным институтам здоровья (NIH) предоставлять финансирование для исследований hESC. В документе также указано, что NIH должно пересмотреть федеральные руководящие принципы финансирования в течение 120 дней после подписания указа.
Появление на человеческом теле
В результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) образуется несколько эмбрионов. Избыточные эмбрионы не используются в клинических целях или не подходят для имплантации пациентке, и поэтому могут быть переданы донором с его согласия. Из этих донорских эмбрионов могут быть получены эмбриональные стволовые клетки человека, а также их можно извлечь из клонированных эмбрионов, созданных с использованием клетки пациента и донорской яйцеклетки посредством переноса ядра соматической клетки. Внутренняя клеточная масса (клетки, представляющие интерес) из стадии бластоцисты эмбриона отделяется от трофектодермы – клеток, которые дифференцируются в внезародышевую ткань. Для разделения используются иммунохирургия, процесс, при котором антитела связываются с трофектодермой и удаляются другим раствором, и механическая диссекция. Полученные клетки внутренней клеточной массы культивируются на поддерживающих клетках. Клетки внутренней клеточной массы прикрепляются и размножаются, формируя эмбриональную клеточную линию человека, которая является недефференцированной. Эти клетки ежедневно питают и ферментативно или механически разделяют каждые четыре-семь дней. Для индуцирования дифференцировки эмбриональную клеточную линию человека удаляют с поддерживающих клеток для формирования эмбриоидных тел, кокультивируют с сывороткой, содержащей необходимые сигналы, или помещают в трехмерный каркас для достижения желаемого результата.
Производство из других животных
Эмбриональные стволовые клетки получают из внутренней клеточной массы раннего эмбриона, которые извлекают у донорской матери. Мартин Эванс и Мэтью Кауфман сообщили о методике, задерживающей имплантацию эмбриона, что позволяет увеличить внутреннюю клеточную массу. Этот процесс включает удаление яичников донорской матери и введение ей прогестерона, изменяющего гормональный фон, в результате чего эмбрионы остаются в свободном состоянии в матке. После 4–6 дней внутриматочной культивации эмбрионы извлекают и выращивают в культуре in vitro до тех пор, пока внутренняя клеточная масса не сформирует структуры, напоминающие "яйцевидные цилиндры". Эти структуры диссоциируют на отдельные клетки и высевают на фибробласты, обработанные митомицином C (для предотвращения митоза фибробластов). Клональные клеточные линии создаются путем культивирования одной клетки. Эванс и Кауфман показали, что клетки, выращенные из этих культур, способны образовывать тератомы и эмбриоидные тела, а также дифференцироваться in vitro, что свидетельствует о плюрипотентности клеток. Эти факторы имеют решающее значение для эффективности получения ЭС-клеток. Кроме того, было продемонстрировано, что различные линии мышей обладают разной эффективностью при выделении ЭС-клеток. Современные применения мышиных ЭС-клеток включают создание трансгенных мышей, в том числе нокаутных. Для лечения человека необходимы плюрипотентные клетки, специфичные для каждого пациента. Получение человеческих ЭС-клеток более сложно и сопряжено с этическими проблемами. Поэтому, помимо исследований человеческих ЭС-клеток, многие группы сосредоточены на создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток).
Потенциальные методы получения новых клеточных линий
23 августа 2006 года в онлайн-издании научного журнала Nature было опубликовано письмо доктора Роберта Ланцы (медицинского директора Advanced Cell Technology в Ворчестере, штат Массачусетс), в котором он сообщил, что его команда нашла способ получения эмбриональных стволовых клеток без разрушения эмбриона. Это техническое достижение потенциально позволило бы ученым работать с новыми линиями эмбриональных стволовых клеток, полученных с использованием государственного финансирования в США, где федеральное финансирование в то время ограничивалось исследованиями с использованием линий эмбриональных стволовых клеток, полученных до августа 2001 года. В марте 2009 года это ограничение было снято. Эмбриональные стволовые клетки человека также могут быть получены с помощью переноса ядра соматической клетки (SCNT). Этот подход иногда называют «терапевтическим клонированием», поскольку SCNT имеет сходство с другими видами клонирования, заключающееся в переносе ядра из соматической клетки в энуклеированную зиготу. Однако в данном случае SCNT использовался для создания линий эмбриональных стволовых клеток в лабораторных условиях, а не для получения живых организмов посредством беременности. Приставка «терапевтический» в названии отражает надежду на то, что эмбриональные стволовые клетки, полученные с помощью SCNT, могут найти клиническое применение.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
Технология iPS-клеток была впервые разработана в лаборатории Синьи Яманаки в Киото, Япония, которая в 2006 году показала, что введение четырех специфических генов, кодирующих факторы транскрипции, может превратить взрослые клетки в плюрипотентные стволовые клетки. В 2012 году он был удостоен Нобелевской премии совместно с сэром Джоном Гурдоном «за открытие того, что зрелые клетки могут быть перепрограммированы в плюрипотентные». В 2007 году было показано, что плюрипотентные стволовые клетки, высокоподобные эмбриональным стволовым клеткам, могут быть индуцированы путем доставки четырех факторов (Oct3/4, Sox2, c Myc и Klf4) в дифференцированные клетки. Используя четыре ранее перечисленных гена, дифференцированные клетки «перепрограммируются» в плюрипотентные стволовые клетки, что позволяет получать плюрипотентные/эмбриональные стволовые клетки без использования эмбриона. Морфология и факторы роста этих лабораторно индуцированных плюрипотентных клеток эквивалентны эмбриональным стволовым клеткам, благодаря чему эти клетки стали известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки). Первоначально это было продемонстрировано на плюрипотентных стволовых клетках мыши, но теперь может быть выполнено и на фибробластах взрослого человека, используя те же четыре гена. Поскольку этические опасения, связанные с эмбриональными стволовыми клетками, обычно касаются их получения из прекращенных эмбрионов, считается, что перепрограммирование в iPS-клетки может быть менее спорным. Это может позволить создать специфичные для пациента линии ЭС-клеток, которые потенциально могут быть использованы для клеточной заместительной терапии. Кроме того, это позволит получать линии ЭС-клеток от пациентов с различными генетическими заболеваниями и предоставит ценные модели для изучения этих заболеваний. Однако, как первое свидетельство того, что технология iPS-клеток может быстро привести к новым методам лечения, она была использована исследовательской группой под руководством Рудольфа Яниша из Института биомедицинских исследований Уайтхеда в Кембридже, штат Массачусетс, для излечения мышей от серповидноклеточной анемии, о чем было сообщено в онлайн-издании журнала Science 6 декабря 2007 года. 16 января 2008 года калифорнийская компания Stemagen объявила о создании первого зрелого клонированного человеческого эмбриона из отдельных клеток кожи взрослых. Эти эмбрионы могут быть использованы для получения эмбриональных стволовых клеток, соответствующих пациенту.
Загрязнение реагентами, используемыми в клеточных культурах
Онлайн-издание Nature Medicine опубликовало исследование 24 января 2005 года, в котором сообщалось, что доступные для финансируемых федеральным правительством исследований человеческие эмбриональные стволовые клетки содержат нечеловеческие молекулы из среды культивирования, используемой для их выращивания. Распространенной практикой является использование клеток мыши и других животных клеток для поддержания плюрипотентности активно делящихся стволовых клеток. Проблема была выявлена, когда было установлено, что нечеловеческая сиаловая кислота в среде для роста может ограничить потенциальное использование эмбриональных стволовых клеток у людей, как утверждают ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Однако исследование, опубликованное в онлайн-издании журнала Lancet 8 марта 2005 года, подробно описывает новую линию стволовых клеток, полученную из человеческих эмбрионов в полностью безсывороточной и бесклеточной среде. После более чем 6 месяцев недифференцированной пролиферации эти клетки продемонстрировали способность формировать производные всех трех зародышевых листков как in vitro, так и в тератомах. Эти свойства также успешно сохранялись (в течение более 30 пассажей) в установленных линиях стволовых клеток.
Клетки Музы
Музоциты (многолинейные дифференцирующиеся, стрессоустойчивые клетки) – нераковыми плюрипотентными стволовыми клетками, обнаруженные у взрослых. Они были открыты в 2010 году Мари Дезава и ее исследовательской группой. Их можно получить из коммерчески доступных мезенхимальных клеток, таких как фибробласты человека, мезенхимальные стволовые клетки костного мозга и стволовые клетки, полученные из жировой ткани. Музоциты способны генерировать клетки, представляющие все три зародышевых листка, из одной клетки как спонтанно, так и под воздействием цитокинов. Экспрессия генов плюрипотентности и триплобластическая дифференцировка поддерживаются из поколения в поколение. Музоциты не образуют тератомы при трансплантации в живой организм (in vivo), что исключает риск возникновения опухолей из-за неконтролируемой пролиферации клеток.