Мышиные яйцеклетки, полученные из стволовых клеток

 

Опубликованное журналом Nature исследование стало очередным прорывом в области применения стволовых клеток. Авторам удалось не только заставить стволовые клетки мышей превратиться в яйцеклетки, но и добиться появления из этих яйцеклеток потомства.

Заставить стволовые клетки дифференцироваться в соматические клетки определенного типа всегда непростая задача, а уж получить из них половые клетки (яйцеклетки или сперматозоиды) особенно сложно. Достижения пока невелики. В 2003 году в Пенсильванском университете из стволовых клеток были получены яйцеклетки мышей, но из этих яйцеклеток не смогли получить развивающиеся эмбрионы. В 2012 году также из мышиных эмбриональных стволовых клеток исследователи из Университета Киото под руководством Митинори Саитоу и Кацусико Хаяси получили яйцеклетки и добились рождения из них здоровых мышат. Наконец, в 2014 году ученые из Кембриджского университета и израильского Института Вейцмана сумели получить клетки-предшественники половых клеток человека из клеток кожи, при помощи регуляции работы определенных генов, но по причинам этического и юридического характера не стали продолжать эксперимент.

Нынешнее исследование выполнено уже упоминавшимися Кацусико Хаяси и Митинори Саитоу и их коллегами из Университета Киото, Университета Кюсю, Токийского сельскохозяйственного университета и Института животноводства и растениеводства в Цукубе. Использовали как эмбриональные стволовые клетки мышей, так и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки).

Ученые добились, чтобы развитие этих клеток привело к появлению незрелых клеток-предшественниц яйцеклеток. Затем они поместили полученные клетки в группы клеток, взятые из яичников мышей. Их они выращивали в лаборатории в течение месяца. В результате, как сообщают ученые, им удалось в каждом из таких искусственных яичников получить более пятьдесяти зрелых яйцеклеток. В них оказалось куда больше хромосомных аномалий, чем в тех яйцеклетках, что развиваются в яичниках мышей обычным путем. Но у 75% клеток было правильное число хромосом. Часть этих клеток были искусственно оплодотворены мышиными сперматозоидами. Получилось более 300 эмбрионов, которые на стадии двух клеток были имплантированы в матки самкам мышей. Однако только одиннадцать из этих эмбрионов (то есть 3%) благополучно перенесли всю беременность. Обычно при экстракорпоральном оплодотворении с последующей имплантацией эмбриона доля благополучно рождающихся детенышей у лабораторных мышей выше, она составляет 62%. По словам Кацусико Хаяси, исследователям еще предстоит разобраться в причинах этого.

Одиннадцать же родившихся мышат оказались здоровы и, став взрослыми, смогли произвести на свет потомство. Джордж Дэйли (George Daley) из Гарвардской медицинской школы, комментируя результаты этой работы, назвал ее «ошеломляющим достижением».

 

 

Мыши, появившиеся на свет из созданных в лаборатории яйцеклеток

 

Если техника получения яйцеклеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток получит развитие и когда-нибудь будет применена к человеку, это приведет к созданию новых методов лечения бесплодия, а также даст возможность родить детей женщинам, чьи яйцеклетки были повреждены во время химиотерапии. Кацусика Хаяси, впрочем, говорит, что до реального клинического применения новой методики еще очень далеко. «Мы не можем исключить риск рождения ребенка с серьезным заболеванием», – объясняет ученый.

Попробовав заглянуть в будущее, можно сказать, что искусственное получение яйцеклеток из iPS-клеток (фактически – из клеток кожи) вызовет множество этических вопросов. Потенциально в ходе этого процесса существует возможность воздействовать на геном клетки, получив в результате ребенка с заданными генетическими характеристиками.

Ряд исследователей предупреждает, что на попытки воссоздать такой сложный процесс, как развитие яйцеклетки, будут влиять многочисленные факторы, которые пока еще не изучены. «Клетки проходят так много лабораторных манипуляций, каждая из которых может стать причиной отклонений, так что будет трудно разобраться, какие факторы играют решающую роль», – говорит Алан Спредлинг (Allan Spradling), который изучает развитие яйцеклеток в Институте Карнеги в Балтиморе. При этом яйцеклетки с серьезными аномалиями могут в ряде случаев развиваться и приводить к рождению потомства. Изучая процесс развития яйцеклеток в лаборатории можно выявить его отличия от нормального, но гораздо сложнее, по словам Спредлинга, установить пока еще неизвестные нам детали нормального развития в организме.

 

18.102016 Источник: polit.ru

 

Гормон роста

 

Благодаря своему воздействию на настроение и поведение человека, нейромедиаторы и их стимуляторы пользуются большой популярностью. А вот гормоны такой славы пока не удостоились – хотя заслуживают её не меньше. «Атлас» решил исправить ситуацию и рассказать, как гормоны влияют на каждого из нас – и порой неожиданным образом.

 

Сначала о гормонах

 

Гормоны – это органические сигнальные молекулы, которые передают сообщения внутри организма и участвуют в регуляции внутренних процессов. Гормоны выделяются эндокринной системой, попадают в кровь, вместе с ней перемещаются в организме, достигают и активируют клетки-мишени и таким образом управляют обменными процессами. Гормоны во многом похожи на нейромедиаторы, за тем исключением, что они полностью синтезируются внутри организма и действуют не только на нервные клетки, но и на другие ткани.

Гормоны бывают белковые, стероидные и производные от аминокислот. Белковые гормоны хорошо растворяются в воде, стероидные – синтезируются из холестерина и, наоборот, избегают воды и растворяются в жире. Поэтому их также называют липидными (жировыми) гормонами. Для перемещения стероидам нужна помощь белков-транспортеров, тогда как гормоны-белки путешествуют самостоятельно.

Синтез стероидных гормонов регулирует центральная нервная система. Первоначальный импульс, внешний или внутренний, поступает в мозг. Здесь сигнал обрабатывается и передается в гипоталамус. Он начинает вырабатывать тропины (стимулирующие гормоны) или статины (тормозящие). Они действуют на гипофиз, который в свою очередь отдает команду действовать щитовидной и половым железам и надпочечникам, которые начинают или приостанавливают выработку гормонов. Синтезированные гормоны попадают в кровь и активируют процессы в тканях и клетках.

Гормон достигает нужной ему клетки и оказывает влияние на её обмен веществ. Липидные гормоны могут даже вмешиваться процесс считывания генетической информации – активировать или блокировать работу некоторых генов. Когда задача выполнена, гормоны расщепляются в клетке или, чуть позднее, в печени.

Гормоны сопровождают нас большую часть нашей жизни – влияют на рост, половое созревание, чувство голода и насыщения, сексуальное влечение, возрастные изменения. Гормональная система взаимодействует с иммунитетом, регулирует метаболизм и влияет на эмоции. Словом, заслуживает не меньшего внимания, чем нейромедиаторы.

 

Андрогенные гормоны

 

Андрогены – мужские половые стероидные гормоны. Они присутствуют как у мужчин, так и у женщин, но влияют на формирование именно мужской конституции. Этот процесс начинается еще в утробе матери – в зависимости от генов и хромосомного набора у эмбриона активизируются разные типы рецепторов. У мальчиков они будут чувствительны к тестостерону матери, у девочек – к эстрогену. Генетически заложенная восприимчивость к гормонам будет определять развитие человека.

Исследования показали, что мужчины и женщины отличаются как на физиологическом уровне, так и поведенческими чертами, обусловленными биологией. От пола зависят не только внешние половые признаки, но и размер внутренних органов, особенности работы иммунной системы и строение мозга.

У мужчин и женщин различаются размеры ядер гипоталамуса – того самого центра нейроэндокринной регуляции, о котором мы говорили два абзаца назад. У женщин, к примеру, будет больше ядро, которое регулирует уровень лютеинезирующего гормона. Он контролирует процесс овуляции у женщин и уровень тестостерона у мужчин. Процесс овуляции связан с пиком лютеинезирующего гормона – поэтому эта область гипоталамуса у женщин больше.

За счет высокого уровня тестостерона мужчинам будут меньше свойственны тревога и депрессия. У женщин лучше развита вербальная память, а у мужчин – пространственное и визуальное мышление.

Андрогены также стимулируют обмен веществ – обновление клеток, рост мышечной ткани, укрепление костей кальцием и трабекулами (структурными компонентами кости). Кроме этого они отвечают и за более очевидные вещи – размер половых органов, рост бороды, усов и волос на груди, низкий голос. При высоком уровне андрогенов эти признаки могут проявляться и у женщин.

Гормоны и их влияние на формирование личности человека окружены вниманием не только профессионального сообщества, что породило много мифов. Некоторые исследования настаивают на том, что уровень тестостерона матери в пренатальный период влияет на развитие плода, его будущие поведенческие особенности и даже сексуальную ориентацию. Существует даже такой показатель, как соотношение длины указательного и безымянного пальца, который может указывать на повышенный уровень тестостерона в пренатальный период и о преобладании в характере «мужских» черт поведения, причем как у мужчин, так и у женщин. Здесь необходимо отметить, что основную роль в определении и формировании пола играют гены, от которых, в свою очередь, будет зависеть чувствительность к андрогенам или эстрогенам.

 

Андростендион и андростендиол

 

Андростендион – второстепенный половой гормон, который секретируется яичками у мужчин, яичниками у женщин и, в небольшом количестве – корой надпочечников у обоих полов. Это гормон-предшественник: в половых железах у мужчин он преобразуется в тестостерон, в яичниках и жировой ткани у женщин – в эстрон (женский половой прогормон). Если жировая ткань превышает норму, у мужчин также может повышаться уровень эстрогенов.

Активность андростендиона как андрогенного гормона составляет около 20% от активности тестостерона, но играет важную роль в период полового созревания.

В основном андростендион находится в сыворотке крови в неактивном состоянии. Концентрация андростендиона повышается с семилетнего возраста, но после 30 лет начинает постепенно снижаться. Анализ андростендиона назначается в основном женщинам для диагностики синдрома гиперандрогении – гормонального расстройства, при котором у женщин чрезмерно выражены мужские признаки (растут волосы на лице), а репродуктивная система может работать плохо. Повышенные значения андростендиона говорят об особенностях или нарушениях стероидогенеза, пониженный уровень – о надпочечниковой недостаточности или серповидноклеточной анемии.

Андростендиол во многом похож на андростендион с той разницей, что он предшествует не тестостерону, а его активной форме – дегидротестостерону. Андростендиол также синтезируется в коре надпочечников, яичках и яичниках. Повышенный уровень связан с гирсутизмом и акне у женщин. Низкий уровень андростендиола у мужчин ассоциирован с гипогонадизмом – ослаблением функции половых желез.

 

Тестостерон и дегидротестостерон

 

Главный мужской половой гормон – тестостерон – стероид, который в основном производится в тестикулах (яичках), отсюда и получил свое название. Он определяет привычные андрогенные функции – отвечает за низкий тембр голоса, рост волос на лице и груди и выпадение волос на голове (облысение связано с высоким тестостероном). Кроме этого тестостерон обеспечивает крепкие кости и мышцы, сексуальное влечение, хорошую память и настроение и то, что мы называем «боевой настрой» – энергичность и готовность к действию. У женщин тестостерон вырабатывается в коре надпочечников и перерабатывается в эстрогены в фолликулах.

Исследования показали, что тестостерон может снижать уровень тревоги и помогать справляться со стрессом. Также высокий уровень тестостерона снижает риск развития депрессии у мужчин. Поэтому у мужчин старшего возраста (с пониженным уровнем тестостерона) депрессия встречается чаще, чем у более молодых людей. Даже у женщин депрессия сопровождается пониженным уровнем тестостерона по сравнению с нормальными значениями. Вместе с тем, при лечении депрессии заместительная андрогенная терапия показала такие же хорошие результаты, как и ингибиторы обратного захвата серотонина.

Тестостерон значительно повышается в период полового созревания и остается высоким до 30 лет, потом постепенно снижается. В 55-60 лет наступает так называемая «андропауза», и с этого момента, традиционно, низкий тестостерон считается нормой – впрочем, современные специалисты готовы с этим поспорить. Также уровень тестостерона изменяется в течение дня – он будет максимально высоким с утра после пробуждения и снизится до минимума к вечеру.

В пределах нормальных значений, уровень тестостерона повышается в ответ на сексуальное возбуждение. При этом подъем уровня гормона следует за сексуальным импульсом, а не вызывает его. Впрочем, сексуальный стимул не может поднимать тестостерон с очень низких показателей: если уровень гормона ниже нормы, никакого сексуального возбуждения не произойдет.

При сниженном тестостероне постепенно отменяются все его преимущества: слабеют мышцы и кости, появляется усталость (особенно в конце дня) и не хочется секса. Притупляется внимание и сильно портится настроение – зрелый мужчина начинает превращаться в сварливого старика. Вместе со падением тестостерона снижается и его способность сжигать жиры. Это и меньшая физическая активность приводят к появлению лишнего веса и ожирения. Переизбыток жировой ткани не дает организму производить достаточное количество белка-транспортера – глобулина, связывающего половые гормоны (ГСПГ), который участвует в переносе тестостерона. Кроме того, в жировой ткани синтезируется женский гормон эстроген, который способствует росту железистой ткани грудных желез.

Высокие дозы тестостерона помогают наращивать мышечную массу и усваивать белок из пищи, поэтому синтетические стероиды – популярное средство допинга у спортсменов, особенно в тяжелом весе и бодибилдинге. К слову, использовать синтетические стероиды плохая идея – мало того что это противозаконно, но и вредно для здоровья: стероиды увеличивают нагрузку на сердце, в высоких дозах имеют множество побочных эффектов как со стороны ЦНС, так и метаболизма, и вмешиваются в нормальный, эндогенный синтез гормонов. У женщин стероидные гормоны формируют мужское телосложение и нарушают работу репродуктивной системы – спортивные преимущества андрогенов в спорте неотделимы от таких побочных эффектов.

Тестостерон сам по себе не так активен, он только предшествует синтезу дигидротестостерона. Эта биологически активная формула тестостерона и возбуждает рецепторы клеток-мишеней. Повышенный уровень дигидротестостерона может сопровождать преждевременное половое созревание. Критически низкий уровень гормона снижает либидо.

 

Заместительная терапия

 

Если проявления низкого уровня тестостерона беспокоят пациента, врач уролог-андролог или эндокринолог может назначить заместительную терапию. Поводом для этого должно быть сочетание объективных признаков (например, снижение уровня тестостерона в крови) и субъективных – если пациент не доволен своим качеством жизни, продуктивностью, настроением, сексуальной активностью.

У заместительной терапии андрогенами есть противопоказания и побочные эффекты, которые врач также должен учитывать. Тестостерон противопоказан людям с тромбозами, инсультами и инфарктами, а также гинекомастией и онкологическими заболеваниями в анамнезе.

Тестостерон находится в сыворотке крови чаще всего в неактивном состоянии. Поэтому для подготовки терапии необходимо сдать несколько видов анализов на гормоны. Это будет тестостерон свободный – присутствует в крови, но не связан с белками; тестостерон общий – прикрепленный к белками-транспортерам; лютеинизирущий гормон (ЛГ) – он стимулирует клетки половых желез, которые вырабатывают тестостерон; и пролактин – повышенный уровень этого гормона может снижать уровень ЛГ и, как следствие, андрогенов.

Снижение уровня тестостерона в старшем возрасте – нормальная история, такая же «нормальная», как и продолжительность жизни 45-50 лет. Природа заботится о людях только на время их репродуктивной активности – состояние здоровья и качество их жизни после 45 лет её мало волнует. Но за последние сто лет продолжительность жизни увеличилась – и вместе с ней изменились наши представления о том, когда пора уходить на покой.

Поэтому если вы хотите сохранять бодрость тела и духа, продолжать заниматься любимым делом или, например, управлять страной, по согласованию с врачом вы можете выбрать гормональную терапию и помочь своему организму справляться с задачами, которые ставит современный мир. Специально для читателей «Гиктаймс» консультация у врача-эндокринолога или уролога-андролога в клинике «Атлас» со скидкой 15%. Чтобы получить скидку, запишитесь на консультацию по телефону +7 495 212 0 888 или в чате на сайте и скажите, что узнали об акции из Geektimes.

 

17.10.2016 Источник: geektimes.ru

 

 

Материалы по теме:

 

Гормоны (Основная статья, Оптимизация гормонального фона - Рэй Курцвейл)

 

Гормоны, часть 2 - женские (Эстрогены, Прогестерон,Релаксин, Оральная контрацепция, Постменопауза)

 

Гормоны, часть 3 - стресс и любовь (Кортизол, Пролактин, Окситоцин, Вазопрессин, Мелатонин)

 

 

 

 

 

Эффектом плацебо обычно называют явление улучшения самочувствия человека в том случае, когда этот человек верит в эффективность положительного воздействия некоего препарата или процедуры на свой организм. Обычно степень проявления плацебо-эффекта зависит от внушаемости человека и различных обстоятельств, связанных с приемом препарата или выполнения процедуры. Также плацебо называют и вещество без лечебных свойств, которое, тем не менее, оказывает положительное влияние на самочувствие человека, который верит, что это вещество – лекарство.

Ранее считалось, что эффект плацебо проявляется только в том случае, если человек не знает о том, что принимаемый им препарат – пустышка, а не реальное лекарство. Сейчас появилось доказательство того, что плацебо оказывает положительное влияние на самочувствие человека даже в том случае, если он знает о «подлоге».

«Результаты исследования позволяют понять, какое влияние оказывает плацебо», – говорит один из авторов исследования Тед Капчук (Ted Kaptchuk). Он работает в Beth Israel Deaconess Medical Center, а также преподает медицину в Гарварде. «Новое исследование показывает, что вовсе не всегда эффект плацебо вызван верой пациентов в то, что они принимают эффективное лекарственное средство, как считалось ранее», – заявил Капчук в пресс-релизе Study Finds Knowingly Taking Placebo Pills Eases Pain.

Прием пустышки, о которой пациент знает, что это пустышка, по всей видимости, стимулирует области мозга, которые отвечают за частичное формирование симптоматической картины какой-либо болезни.

Результаты работы получены в ходе проведения крупного медицинского эксперимента с участием 97 пациентов с хроническими болями в пояснице (люмбаго). Основными причинами люмбаго являются перенапряжение поясничной области, поясничные грыжи, смещение позвонков или же врожденные аномалии позвонков. Причинами сильного внезапного люмбаго, которое может возникнуть у человека во время наклона или поднятия тяжести, обычно являются смещение межпозвонкового диска, либо значительное напряжение мышц и связок спины.

Добровольцев проверили медики, подтвердив ранее поставленный диагноз. После этого участникам эксперимента рассказали о плацебо. Лекция заняла около 15 минут. После этого группу разделили на две части. Первая получала традиционное лечение, а вторая получала аналогичное лечение и плацебо.

Подавляющее число добровольцев, около 85%, уже принимали различные медикаменты до участия в проекте. В большинстве случаев таким лекарством были противовоспалительные препараты, не содержавшие стероиды. Тех пациентов, кто лечился при помощи опиоидных препаратов, не допустили к эксперименту.

Обе группы испытуемых принимали новые лекарства, и старались поддерживать прежний образ жизни, включая физическую активность, отдых, используемые медикаментозные средства. Дозы лекарственных препаратов не менялись, сами лекарства тоже оставались прежними, участников эксперимента попросили их не менять.

Самое интересное то, что участники «плацебо-группы» получили флаконы с заведомым плацебо. Их об этом предупредили сразу, плюс на самом флаконе было написано «таблетки плацебо». Также на флаконе было указано, что таблетки состоят из кристаллической целлюлозы, которая на организм человека не оказывает практически никакого влияния. Эти таблетки добровольцы принимали дважды в день.

 

 

Продолжительность эксперимента составила три недели. После этого участников первой и второй группы опросили, задав вопрос о том, как изменилось самочувствие людей. 30% участников «плацебо-группы» заявили об улучшении самочувствия. Это касалось как боли, которую они испытывали постоянно, так и максимального уровня болевых ощущений. В группе, которая принимала настоящий лекарственный препарат, о снижении уровня хронических болей заявили 9% участников, в то время, как о снижении максимального уровня болевых ощущений заявили 16% участников.

«Это эффект, который оказывается самим процессом лечения: общением с врачом или медсестрой, прием таблеток, ежедневные ритуалы и символы нашей здравоохранительной системы. Организм на это реагирует», – говорит Капчук.

«Мы доказали, что эффект плацебо действует и без обмана», – говорит еще один участник исследовательской группы. «Пациентам интересно, что будет дальше, и они начинают копаться в своих ощущениях. Их самочувствие улучшается».

По мнению авторов проекта, эффект плацебо может работать в случаях некоторых хронических заболеваний, депрессий и неврозов. Но плацебо никогда не сможет уменьшить, например, в размере раковую опухоль или излечить заболевание сердечно-сосудистой системы. «Это не панацея, но большинство людей чувствуют себя лучше. Наши исследования показывают, что не стоит недооценивать плацебо. Возможно, плацебо необходимо медицине», – заявил Капчук.

Авторы проекта считают, что без доверия к своему врачу или системе здравоохранения в целом плацебо не будет работать.

Результаты данного медицинского исследования с таким выводом были опубликованы в авторитетном медицинском журнале Pain (Carvalho et al., Open-label placebo treatment in chronic low back pain: a randomized controlled trial

19.10.2016 Источник: geektimes.ru

 

Кора головного мозга человека культивируется в чашке Петри. Заболевания глаз лечатся с помощью клеток сетчатки, полученных из собственных клеток кожи пациента. Новые препараты тестируются на человеческих клетках вместо животных моделей.

Эти и другие экспериментальные исследования и методы лечения берут начало от всколыхнувшего научный мир открытия, сделанного 10 лет назад доктором Шинья Яманака (Shinya Yamanaka) и его аспирантом доктором Казутоши Такахаши (Kazutoshi Takahashi), разработавшими метод репрограммирования взрослых клеток мышей и возвращения их в состояние эмбриональных клеток. Получающиеся в результате этих манипуляций клетки сейчас известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК).

 

 Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки,
репрограммированные из нормальных клеток взрослого человека
и еще не подвергнутые дифференцировке.

 

Через год им удалось воспроизвести свой подход на человеческих клетках. За это революционное исследование и активную деятельность по продвижению исследований в области стволовых клеток Яманака, в настоящее время сотрудничающий университетом Киото и университетом Калифорнии в Сан-Франциско, в 2012 году стал одним из лауреатов Нобелевской премии по медицине и физиологии.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
Согласно определению Национальных институтов здравоохранения США, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки являются соматическими (взрослыми) клетками, репрограммированными на вступление в состояние, подобное состоянию эмбриональных клеток, путем принудительной индукции экспрессии факторов, важных для поддержания «стволовости» эмбриональных стволовых клеток.

Совершённый Яманака прорыв предоставил исследователям неиссякаемый источник индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые можно направленно дифференцировать в любые специфичные типы клеток взрослого организма, начиная от клеток кожи и заканчивая клетками сердца и нейронами, для дальнейшего применения базовых исследованиях, разработке лекарственных препаратов и лечении заболеваний.

Это открытие открыло практический, а в некоторых критических случаях и единственный метод непосредственного изучения человеческих «заболеваний в пробирке», а также отслеживания ранних стадий как нормального, так и аномального развития. Оно также позволило специалистам проводить скрининг новых препаратов непосредственно на клетках человека вместо животных моделей, что в большем количестве случаев позволяет точно прогнозировать влияние новых препаратов на человека.

Появление индуцированных плюрипотентных стволовых клеток обеспечило быстрый прогресс в одних сферах и появление серьезных затруднений в других. Уже совершенно очевидно, что эти клетки являются находкой для базовых исследований, однако применение новой технологии в терапии заболеваний остается весьма сомнительной перспективой. Некоторые типы клеток оказались сложными для репрограммирования и даже протоколы этих методов на сегодняшней день находятся на стадии постоянной доработки, так как данная сфера в целом еще очень молода.

 

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в базовых биомедицинских исследованиях

 

По словам доктора Арнольда Кригшейна (Arnold Kriegstein), директора центра регенеративной медицины и изучения стволовых клеток Эли и Эдит Броад университета Калифорнии в Сан-Франциско, для многих ученых, работающих в области биомедицинских исследований, возможности, предоставленные технологией создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, являются претворением мечты в реальность. Он поясняет, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки предоставили нам беспрецедентную возможность взглянуть на развитие человека. Занимающийся изучением раннего развития коры головного мозга Кригшейн отмечает, что никогда раньше не имел неограниченного доступа к живым клеткам человеческого мозга, тогда как сейчас он может взять клетки кожи и вырастить модель коры головного мозга в лаборатории. Таким образом появление индуцированных плюрипотентных стволовых клеток кардинально изменило условия игры в области изучения раннего развития человека.

Кригшейн полон энтузиазма в отношении того, что исследователи могут почерпнуть из изучения «органоидов» – выращиваемых и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток моделей развивающихся органов размером с горошину. На современном уровне ученым удается получать скопления клеток, начинающих высвобождать молекулярные сигналы и дифференцироваться в то, что в будущем должно превратиться во взрослый орган.

Подобные модели очень близки к происходящему в реальности. Недавно Кригшейн и его коллеги продемонстрировали, что даже на ранней стадии органоиды способны формировать сложную внутреннюю организацию, в том числе передне-заднюю ориентацию, при этом их различные регионы начинают приобретать черты, свойственные регионам эмбрионального мозга.

Данные, опубликованные в ряде научных работ, свидетельствуют в пользу того, что органоиды позволяют моделировать заболевания, развивающиеся во взрослом возрасте, в том числе характерные для позднего возраста, такие как болезнь Альцгеймера.

 

Органоид коры головного мозга человека, культивируемая в лабораторных условиях.

 

Кригштейн высказывает беспокойство, что даже несмотря на то, что органоиды предоставляют беспрецедентную возможность наблюдения за этапами развития, некоторые исследователи слишком забегают вперед.

Он подчеркивает, что речь идет об эмбриональном мозге. Наиболее продолжительный период роста, который мы можем моделировать, соответствует полному развитию зародыша. Насколько вероятно, что экспрессия генов, клеточные сигнальные механизмы и мириады других взаимодействий на этой органоидной стадии будет с точностью отражать развитие болезни Альцгеймера – заболевания, поражающего людей в возрасте 60-70 лет.

Кригштейн считает, что к подобным исследованиям следует подходить скептически. В настоящее время технология стволовых клеток настолько быстро изменяется, что воспроизведение результатов является очень сложной задачей. Ученым следует разработать протоколы, позволяющие осуществлять достоверное сопоставление различных методов, и впоследствии использовать такие стандартизованные методологии для продвижения исследований и методов лечения. Однако он на 100% уверен, что со временем это станет реальностью.

 

Отталкиваясь от исходного открытия

 

В настоящее время Яманака руководит центром изучения и применения индуцированных плюриротентных стволовых клеток в университете Киото со штатом из 500 сотрудников, а также исследовательской лабораторией в институте сердечно-сосудистых заболеваний Гладстоуна в Сан-Франциско. Помимо этого он занимает должность профессора анатомии в университете Калифорнии в Сан-Франциско, тогда как Такахаши является приглашенным ученым в институтах Гладстоуна и координирует работу лаборатории Яманаки. Оба продолжают свою работу с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, также как и другие исследователи.

В своей знаковой работе Яманака и Такахаши использовали четыре генетических фактора для индукции возвращения взрослых клеток в плюрипотентное состояние. Вскоре после прорыва с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками доктора Шен Дин (Sheng Ding), руководящий лабораторией в институтах Гладстоуна и являющийся профессором на кафедре фармацевтической химии в университете Калифорнии в Сан-Франциско, начал работу над усовершенствованием репрограммирующего коктейля.

В конечном итоге Дин смог заменить генетические факторы транскрипции молекулами, подобными лекарственным препаратам, что устраняет риски, ассоциированные с введением нового генетического материала в клетки. В настоящее время лаборатории по всему миру разрабатывают и публикуют различные химические рецепты, во многих случаях зависящие от типа клеток, которые подлежат репрограммированию.

Другие недавние достижения в области индукции плюрипотентности основаны на использовании различных типов белков, оказывающих влияние на активность генов в клеточном ядре. Доктор Робер Блеллох (Robert Blelloch) из центра Броада университета Калифорнии в Сан-Франциско продемонстрировал, что некоторые малые молекулы РНК, известные как микроРНК, стимулируют «де-дифференцировку» взрослых клеток, тогда как другие стимулируют обратное – способность стволовых клеток дифференцироваться во взрослые клетки. Путем воздействия на активность микроРНК сотрудники его лаборатории смогли стократно повысить выход клеток при репрограммировании.

Блеллоха и его коллег заинтриговала роль так называемых эпигенетических факторов – возникающих естественным образом или вводимых извне молекул, модифицирующих белки внутри ядра. Манипуляции над этими молекулами также могут оказывать влияние на эффективность индукции плюрипотентыных клеток.

 

Перспективы терапии

 

Через шесть лет после того, как Яманака открыл индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, работающие в совершенно другой сфере исследователи разработали новую технологию редактирования генов, обладающую беспрецедентной скоростью и точностью и получившую название CRISPR-Cas9. Новый мощный инструмент совершил радикально изменил подходы к изменению генов методом «вырезания и вставки» и был очень быстро адаптирован тысячами исследователей, работающих в сферах общей биологии и разработки лекарственных препаратов.

По словам Кригштейна, технология CRISPR предоставила специалистам новые экстраординарные возможности. Она позволяет устранять генетические причины или факторы, способствующие развитию заболеваний. Помимо этого исследователи могут редактировать мутации для того чтобы определить их критичность в появлении ранних дефектов развития.

Скорость и точность CRISPR однажды может помочь занимающимся стволовыми клетками ученым достичь своей наиболее амбициозной цели: репрограммирования генетически аномальных клеток пациентов с наследственными заболеваниями, такими как серповидноклеточная анемия и болезнь Гентингтона, в плюрипотентное состояние, редактирование их генетических дефектов в лабораторных условиях и их последующая дифференцировка в здоровые взрослые клетки. Такие клетки можно будет трансплантировать пациентам для восстановления нормальной функции.

 

 Дифференцированные из индуцированных стволовых клеток нейроны,
полученные из ткани пациентов с болезнью Гентингтона.

 

Тогда как до достижения этой цели еще очень далеко, в настоящее время уже проводится несколько ранних стадий клинических исследований методов лечения различных заболеваний, начиная от сахарного диабета и болезней сердца и заканчивая болезнью Паркинсона, с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

В рамках одного из таких исследований первый пациент уже прошел терапию. В 2014 году японские исследователи выделили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из клеток кожи женщины с макулярной дегенерацией и дифференцировали их во взрослые клетки сетчатки. Хирурги трансплантировали полученные клетки в глаза пациентки с целью избавить пациентку от заболевания. Эта женщина стала первым пациентом, перенесшим терапию индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.

Исследователи посвятили свою работу заболеванию глаз отчасти потому, что дифференцировка стволовых клеток в клетки сетчатки достаточно проста по сравнению с дифференировкой в другие типы клеток. Помимо этого относительно простой является процедура трансплантации клеток в ткани глаза.

Подготовку к проведению процедуры второму пациенту пришлось остановить, так как исследователи обнаружили мутацию в одном из генов индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из собственных клеток пациента. Не существует данных, свидетельствующих о взаимосвязи между этим геном и развитием рака, однако они решили не использовать эти клетки для того, чтобы устранить любые потенциальные риски.

Успех лечения отчасти зависит от высокой скорости пролиферации стволовых клеток. В некоторых случаях для трансплантации могут понадобиться сотни миллиардов клеток. Однако даже если несколько стволовых клеток не смогут дифференцироваться во взрослые клетки-мишени, после трансплантации они могут начать очень быстро делиться и в конечном итоге сформировать опухоль.

Яманака отмечает, что на сегодняшний день одной из основных задач данной области является разработка методов, обеспечивающих дифференцировку всех стволовых клеток до трансплантации.

Для устранения риска развития рака исследователи проводят «глубокое секвенирование» генетического профиля каждой из линий стволовых клеток, потенциально пригодных к клиническому применению. Они также решили использовать донорские клетки, а не собственные клетки пациента. Это позволяет избежать больших финансовых затрат на проведение контроля качества, такого как глубокое секвенирование, для линий плюрипотентных клеток каждого пациента.

 

Применение иПСК в скрининге препаратов

 

Кардиомиоциты, полученные путем репрограммирования
из клеток нормальной кожи взрослого человека.

 

Перспективы использования стволовых клеток распространяются и на тестирование лекарственных препаратов на индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных из взрослых клеток человека, вместо животных моделей.

Одним недавним примером является работа Катерины Маммери (Catherine Mummery), невролога из Национальной клиники неврологии и нейрохирургии Великобритании, использовавшей полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека зрелые кардиомиоциты – клетки сердца, сокращающиеся в чашке Петри, – для тестирования двух коммерческих доступных препаратов для лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы. Она продемонстрировала, что оба препарата запускали такие же терапевтические эффекты при применении в одной дозировке и такие же токсические реакции в другой дозировке, как было показано в клинических исследованиях.

По словам Кригштейна, это впечатляющая работы послужила доказательством того, что применение в тестировании препаратов вместо животных моделей взрослых человеческих клеток, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, обеспечивает получение достоверных результатов, более актуальных для пациентов.

 

Другие источники, старые и новые

 

Исследования с использованием стволовых клеток не ограничены индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. В некоторых отношениях золотым стандартом остаются эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Специалист в клеточной биологии из университета Калифорнии в Сан-Франциско доктор Сюзан Фишер (Susan Fisher) сравнивает находящиеся на ранней стадии развития эмбриональные стволовые клетки с чистой доской. Она поясняет, что они имеют «более короткую историю и меньше багажа», чем индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Однако также как Яманака и Кригштейн она признает, что область изучения стволовых клеток еще слишком молода для того, чтобы заявлять о превосходстве одной стратегии над другой.

Сильная поддержка идеи применения эмбриональных стволовых клеток в трансплантационной медицине возникла два года назад, когда групп исследователей из Гарвардского университета продемонстрировала, что клеточные линии, полученные из эмбриональных стволовых клеток, могут продуцировать неограниченное количество инсулинпродуцирующих островковых клеток поджелудочной железы. В настоящее время проводится клинические исследования ранней стадии, целью которых является тестирование безопасности и эффективности трансплантации островковых клеток пациентам с целью лечения сахарного диабета 1 типа.

На 2014 год в разных странах проводились сотни клинических исследований, основной задачей которых являлось тестирование безопасности и эффективности методов лечения различных заболеваний, начиная от сердечной недостаточности и заканчивая болезнью Паркинсона.

К двум хорошо известным стратегиям получения стволовых клеток недавно добавилась третья, получившая название прямое репрограммирование или трансдифференцировка клеток. Данный метод подразумевает непосредственное превращение клеток кожи в клетки-мишени – клетки головного мозга, сердца, поджелудочной железы, – исключая предварительного этапа их возвращения в полностью плюрипотентное состояние. Этот метод позволяет избежать риска развития рака, являющегося неотъемлемой часть дифференцировки истинно плюрипотентных клеток.

В этом году Дипак Сривастава (Deepak Srivastava), руководитель исследований в области сердечно-сосудистых заболеваний и стволовых клеток в институтах Гладстоуна и профессор педиатрии, биохимии и биофизики в университете Калифорнии в Сан-Франциско, и группа, работающая под руководством доктора Шена Дина, эффективно трансформировали мышиные клетки кожи в клетки мозга, а также сокращающиеся клетки сердца с помощью комбинации химических соединений. Этот подход может стать эффективным методом регенерации отмирающих или пораженных заболеванием клеток и тканей.

 

Этические вопросы и общественное восприятие

 

По мере научного прогресса во многих областях Яманака пришел к выводу, что наука очень сильно опережает попытки рассмотрения этических вопросов некоторых исследовательских направлений.

Когда Яманака и его коллеги создавали плюрипотентные стволовые клетки их целью было преодоление этических вопросов, связанных с эмбриональными стволовыми клетками. Сейчас эта работа порождает новые этические вопросы. Исследователи могут создавать сперматозоиды или яйцеклетки из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, по крайней мере, из мышиных. Также теоретически существует возможность выращивания человеческих органов организме свиней или других животных путем введения человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в эмбрионы животных, создавая так называемые химеры.

Помимо этого он выражает беспокойство по поводу общественного восприятия, согласно которому скорость прогресса может быть меньше ожидаемой. Яманака отмечает, что он «восхищен тем, насколько быстро развивается наука. Это просто поразительно. Однако большей частью разработка новых методов терапии – проведение научных исследований, тестирование безопасности и эффективности новых методов лечения – требует больших финансовых и временных затрат. Разработка новых методов лечения может растянуться на 10, 30 и 30 лет. Это мы и пытаемся объяснить нашим пациентам: мы делаем большие успехи, поэтому не теряйте надежды. Однако на это требуется много времени».

 

17.10.2016 Источник: Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of California: Despite Major Progress Toward Disease Therapies, Some Technical and Ethical Challenges Still Lie Ahead.