1. На пороге новой
биологии и медицины
Поражающее разнообразие многоклеточных имеет весьма
скромное начало в одной оплодотворенной яйцеклетке. Много поколений биологов
и эмбриологов размышляло над загадкой, каким образом генетическая информация
одной клетки макромасштабируется в сотни миллионов клеток нового зародыша.
Экспериментальный прогресс сдерживался тем, что
яйцеклетки, зиготы и бластомеры не удавалось перевести в бессмертные линии,
получив таким способом клеточный материал в количествах, достаточных для
изучения спектров мРНК и белков (Weismann, 2000). Только эмбриональные
стволовые клетки (ЭСК) – пролиферирующие «дублеры» зиготы - стали новым
ресурсом клеток, стоящих у истоков развития. Наука сделала первый шаг к
лабораторной ткани, повторяющей соматический эмбриогенез млекопитающих в
обход гамет и оплодотворения. Тотипотентность – это свойство генома клеток макромасштабировать
программы эмбриогенеза, в том числе воспроизводить любую из 250
специализированных клеток взрослого организма. Подобно зиготе и первым
клеткам зародыша, ЭСК в простых условиях культуры воспроизводят
«лабораторный» эмбриогенез в два этапа. Сначала микрограммовые количества
“клеток без фенотипа” пассируют в миллиарды клеток. Затем незрелые постмитотические
клетки с помощью набора химических инструкций in vitro видоизменяют в клетки
мозга, сердечной, скелетной мышцы, печени и т.п. Получение соматических
клеток из ЭСК идет в обход органогенеза и многих событий, происходящих при
естественном развитии зародыша в матке. Как известно, специализированные
клетки взрослого организма необратимо утрачивают способность к повторению
эмбриогенеза. В культуре большинство специализированных клеток, изолированных
из тканей, быстро дедифференцируются, теряя фенотип и профиль функций. Науке
пока не известны способы получения стволовых клеток из дифференцированных
клеток. ЭСК - это эмбриогенез без половых клеток и беременности.
ЭСК – незаменимая модель для функциональной постгеномики.
Кардиомиоциты, миоциты, клетки крови и иммунной системы являются полными
автоматами. Поведение ЭСК определяется взаимодействием внешних сигналов с эпигеномной
системой клеток, имеющих уникальную протеомику и огромное «меню» из предсинтезированных
мРНК. На клетках ЭСК с максимально простым фенотипом легче анализировать
главный алгоритм онтогенеза: как soft сигналы непрерывно изменяют hard-
устройство клеток. В отличие от молекулярной генетики, изучавшей функции
отдельных генов, постгеномика занимается протеомикой целостных белковых сетей
(как soft-сети собирают клеточные устройства). Интегральные белковые сети -
платформа целенаправленного поведения клеток в виде альтернативных ответов.
Адекватный выбор сигналов и ответы ЭСК заставляют признать, что клетки
имеют элементарный интеллект для распознания, выбора сигналов, их селективной
переработки. Селективный отбор сигналов транслируется далее в паттерны поведения
клеток. Поведение клеток и его нарушение является конечной целью современной
медицины. Этот уровень знаний дает новые инструменты для разгадок болезней
клеток и старения.
Другая важная особенность генома ЭСК – спонтанная частота
мутаций ниже в несколько раз, чем у соматических клеток. Внутрихромосомная
рекомбинация и эндоредупликация отдельных сегментов хромосом полностью блокированы
устройством хроматина. Генетическая нестабильность хромосом и анеуплоидия в
пассажах характерны только для линий тератокарциномы и эмбриокарциномы (Servantes
R.B., Stringer J.R., Tischfield J.A.,2002). Эта особенность организации
хроматина делает маловерятными случайные перестройки хромосом, связанные с
малигнизацией трансплантированных ЭСК-дериватов.
Cтволовая ниша – стабильное микроокружение вокруг каждого
клона ЭСК, создаваемое монослоем так называемых фидерных клеток. Трофобласт
служит фидером для эмбриобласта у предимплантационных зародышей
млекопитающих. Клетки хориоидного сплетения служат питательной, защитной и
информационной средой для нейральных стволовых клеток эпендимы развивающегося
мозга. Эндотелиальные синусы, либо капиллярная сеть служат нишей для
региональных стволовых клеток органов и тканей, в том числе для мезенхимальных
стволовых клеток. По этой причине все ранние ЭСК зародыша выращивают в
суспензии над монослоем фидерных стромальных клеток, которые обеспечивают
незрелые плюрипотентные клетки всем необходимым для выживания и
самообновления.
В настоящее время ЭСК нужны не только для расшифровки кодов
пред- постимплантационного развития, но и лабораторного воспроизводства
клеток органов в обход беременности. Получить миниорганы in vitro – более
трудная задача, чем получить дифференцированные клетки тех же органов. Клетки
-дублёры зиготы необходимы для биоэтически допустимых экспериментов. ЭСК не
являются зародышем, не имеют статуса «новой жизни», поскольку получены в
обход оплодотворения и беременности. Сохраняя ранг клеток, ЭСК являются
чем-то большим: они серийно копируют органогенез. Они незаменимы для
изучения стыков развития клетка/орган/ткань. Пока наука не имеет достаточной
платформы, чтобы окончательно определить юридический/ биоэтический статус
ранних зародышей, эмбрионов и плодов. Отсутствие законодательной базы
относительно всех периодов жизни человека существенно влияет на принятие
практических решений в области репродукционного и терапевтического
клонирования. Биоэтические посылки многих высокоразвитых стран, утверждающих
статус новой жизни и личности с момента зачатия и появления зиготы, идут
вразрез с принятым законодательством, признающим права новой жизни лишь с
момента рождения. Согласование этих вопросов на уровне государств и
международных институтов (ООН, Совет Европы и т.п.) имеет первостепенное
значение для свободного развития биологии и медицины. Как известно, права на
новые исследования и знания могут быть ограничены, если человек или зародыш
не становятся средством в руках других людей.
Биологи в современном обществе вынуждены отстаивать право
на новые границы знаний и новые технологии. Развитие зиготы в зародыш
воспроизводится в лаборатории. Многие представители религии настаивают, что
создание/разрушение ранних зародышей в лаборатории недопустимо. В то же время
в США и многих странах разрешено платное донорство яйцеклеток (1500-2000
долларов в США), которое открыло путь к внеполовому получению ранних
зародышей. Один работающий банк спермиев и яйцеклеток в Норфолке (Канада)
способен обеспечить работу всех биотехнологических компаний с искусственными
бластоцистами для изолирования линий ЭСК. Бластоцисты сейчас можно получить
путем переноса ядра соматической клетки заказчика в зрелую донорскую
яйцеклетку, из которой предварительно был удален пронуклеус. Лабораторные
банки тотипотентных клеток уже создали техногенную эмбриологию и альтернативу
половому процессу не с целью повторного воспроизводства копий уже живших
людей, а с целью лечения миллионов пациентов на планете. Согласно
прогнозу, в 2020-2030 годах примерно треть пациентов будет получать лечение
в виде пересадок дериватов ЭСК. Не размышления, а единственно возможная
помощь погибающему пациенту – это императив биоэтики у постели больного
(особенно у фатально обреченных). Стремление помочь склоняют врача к
лабораторному клонированию клеток пациента, как к последнему эффективному
средству помощи. Аморальным в наше время становится не использовать ЭСК для
создания банка резервных клеток каждого человека на случай заболевания.
Наиболее гуманная биоэтика заставляет остальное общество видеть проблему
прежде всего глазами и нуждами больных людей и их ближайших родственников.
Каждый пациент имеет право на спасение и новые формы лечения. Наука и
общество должны развивать медицину, дающую новый шанс на выживание или
продление жизни существующим на земле поколениям. Новые реалии медицины
сильно изменили вектор дискуссий вокруг ЭСК.
В XIV веке происходили ожесточенные теологические споры о
возможности посмертных вскрытий с целью изучения внутренних органов и причин
заболеваний. Всего несколько врачей того столетия посмели создать секционный
зал. Без этих пионеров в следующем веке не было бы анатомического атласа и
великих открытий Леонардо. Морфология стала первой королевой медицины XV
века. В XXI веке на стыке клеточной биологии ЭСК с функциональной постгеномикой
рождается новое будущее медицины XXI века. Неизбежно разгораются споры и
дискуссии, а знания обрастают мифами и предубеждениями в обществе.
|