Поперечные сшивки представляют собой повреждения, возникающие в процессе метаболизма, и потому являются обычным эффектом нормальной работы клеточной биохимии. Различного типа гликированные молекулы, известные как конечные продукты гликирования (AGE), накапливаются между клетками и взаимодействуют с внеклеточным матриксом, связывая между собой различные его структуры. Организация и состав этих структур наделяют ткани характерными для них свойствами, такими как эластичность (кожа и кровеносные сосуды), прочность (хрящевая и костная ткани) и т.д. Накапливающиеся в большом количестве поперечные сшивки нарушают эти свойства. Механизмы нарушения различны. Например, поперечные сшивки мешают свободному прохождению длинных параллельных молекулярных структур друг по другу. Также имеются данные, свидетельствующие о том, что продукты гликирования приводят к повышению уровня хронического воспаления, изменяя клеточную функцию через соответствующий рецептор (RAGE). Воспалительные процессы вносят свой вклад в патологии всех самых распространённых возрастных заболеваний.

Большинство образующихся поперечных сшивок быстро разрушаются, и их роль, вероятно, заметна лишь при нарушении метаболизма, например при ожирении или сахарном диабете 2-го типа. На данный момент считается, что главная проблема, ведущая к возрастному ухудшению эластичности кожи и жёсткости сосудов, связана с одним конкретным типом поперечных сшивок, образованных одним типом AGE – молекулой глюкозепаном (glucosepane). Исследования показывают, что глюкозепан образует подавляющее большинство поперечных сшивок в теле пожилого человека – столь крепких, что организм просто не имеет естественных механизмов их разрушения.

Поскольку речь идёт лишь об одной молекуле, всё, что нужно, чтобы значительно уменьшить её вклад в старение – одно достаточно эффективное средство, способное это соединение разрушить. Целевой рынок лекарства – более половины человеческой популяции (почти все, старше 30 лет). Однако широкое сообщество исследователей не проявляет интереса к этой задаче, виной чему служит недостаток инструментов для работы с глюкозепаном. Любая исследовательская группа, берущаяся за эту проблему, должна будет начинать с нуля, а это значит, что почти все, кто нашли время над ней подумать, в итоге выбирали другие, более доступные для решения проблемы. Такая ситуация требует филантропии, чтобы дело сдвинулось с мёртвой точки. Единственным значительным источником финансирования исследований глюкозепана за последние несколько лет был SENS Research Foundation благодаря таким филантропам, как Джейсон Хоуп, а также поддержке нашего сообщества.

Тем не менее, поскольку описанная выше проблема слишком частная, на мой взгляд, более вероятно, что первой финансовую поддержку получит другая SENS-технология, известная как очистка стареющих клеток (senescent cell clearance). Этот метод в данный момент разрабатывается в Oisin Biotechnology, и после него намечается конкуренция за финансирование от SENS между проектом по разрушению глюкозепана и терапией по удалению транстиретинового амилоида с проектом по восстановлению митохондриальной ДНК, стартовавшему пару лет назад. Однако, моё понимание последних тенденций немного отстало от современности, поэтому недавно я поговорил с несколькими людьми, занятыми в данной области. Моими собеседниками стали Обри де Грей (SENS), Дэвид Шпигель (Йель) и Уильям Бейнс, который сотрудничает с огромным числом исследователей в различных сферах, в том числе в обсуждаемой. Ниже схематично изложен результат этих бесед.

 

Получение глюкозепана – большой шаг вперёд

Лаборатория Дэвида Шпигеля разработала в 2015 году надёжный способ получения глюкозепана. Это важное событие, поскольку люди, раннее не имевшие возможности принимать участие в этой области исследований, теперь могут начать собственные исследовательские проекты. Это также гарантирует, по крайней мере в ближайшем будущем, единообразие в том, что понимается под глюкозепаном и его молекулярной структурой.

 

Полного консенсуса по глюкозепану до сих не достигнуто

Тот факт, что именно глюкозепан ответственен за большую часть опасных сшивок всё чаще и чаще подвергается сомнению. Однако согласно нынешним данным, борьба с глюкозепаном в качестве основной цели оправдана. Дэвид Шпигель оптимистичен на этот счёт и полагает, что подходящее средство неизбежно будет найдено. Обри де Грей, однако, более осторожен в своих оценках, тогда как Уильям Бейнс и вовсе разочарован плохим качеством прошлых исследований. Разумеется, после победы над глюкозепаном сомнения разрешатся в ту или иную сторону, но пока это вопрос будущего. Фонд SENS сейчас спонсирует совместные исследования Джонатана Кларка в Babraham Institute, направленные на более точное выяснение роли глюкозепана, подтверждение современных представлений о его структуре (принципиально знать не только состав, но и пространственную организацию молекулы, определяющую её свойства) и поиск других возможных молекул ответственных за образование устойчивых поперечных сшивок, ведущих к патологиям.

 

Кандидат в лекарство все ещё не найден

На данный момент не существует даже приблизительной идеи как найти необходимый препарат среди огромного каталога существующих и разрабатываемых лекарств. Отсутствие идеи вытекает из отсутствия исследований по изучению организации похожих молекул в фармакологии. Подбор подходящего препарата – главное препятствие, лежащее на пути создания компании, которая подведёт черту в борьбе с глюкозепаном. Работа по тестированию препарата куда проще, чем поиск подходящего кандидата. Для анализа его эффективности достаточно организовать тестирование уровней глюкозепана до и после лечения. Один из стандартных подходов здесь – использование в качестве маркеров введённые в иммунную системуантитела, взаимодействующие с глюкозепаном. 

 

Вероятнее всего подходящий кандидат появится в процессе изучения бактерий

Лаборатория Шпигеля использует тот же подход, что применяется в исследовательской программе LysoSENS. Его суть заключается в том, что среди бактерий ищутся ферменты, которые могут эффективно разрушать глюкозепан. Эти ферменты точно существуют хотя бы потому, что наши кладбища едва ли можно назвать складом липкого сахара. Тот факт, что исследования LysoSENS в этом направления велись десять лет, прежде чем они нашли первых претендентов на искомый фермент и получили финансовую поддержку от Human Rejuvenation Technologies, может показаться обескураживающим. Однако лишь в последние несколько лет был достигнут значительный прогресс в выращивании бактерий, и, таким образом, у исследователей сейчас появилось преимущество, недоступное раннее проекту LysoSENS. Одной из открытых проблем до сих пор был тот факт, что 99% всех видов бактерий не могли быть выращены в лабораторных условиях. Однако после относительно простого технологического прорыва положение вещей изменилось. Все, что до сих пор было достигнуто учёными, было получено в результате изучения лишь 1% видов бактерий, теперь же все они могут быть подвергнуты регулярным исследованиям, таким образом пространство для работы увеличилось в сотню раз.

Сотрудники лаборатории Шпигеля уже выделили и научились выращивать отдельные виды бактерий, которые, вероятно, могут поглощать глюкозепан. Дэвид Шпигель считает, что при текущем уровне финансирования для выяснения механизма поглощения понадобится около двух лет. Возможно, для поглощения достаточно присутствия простого фермента, возможно, процесс более сложен. Если дело в одном ферменте, тогда он довольно быстро может стать искомым препаратом, если нет, тогда придётся исследовать большее число бактерий, среди которых найдётся более подходящий кандидат. Эта работа может продвигаться быстрее, если будет увеличено финансирование, поскольку исследования по разным бактериям могут вестись параллельно большим числом исследователей. Однако поиск финансирования в этой сфере – сам по себе является проблемой.

Отмечу, что я опускаю трудности, которые возникнут при извлечении нужных ферментов из бактерий и производства на их основе лекарства. Довольно вероятно возникновение нежелательных эффектов, например, негативной реакции иммунной системы. Эта проблема не может быть решена простым помещением нужных препаратов в защитную капсулу, поскольку предполагается попадание её содержимого в межклеточное пространство. Список можно продолжить. Но все эти препятствия выглядят преодолимыми, дополнительная работа потребует применения новых технологий и подходов, которые могут прийти из других областей науки.

 

Две модели будущей коммерциализации

Начиная с этой точки возможны два пути коммерческого развития. Первый состоит в том, чтобы найти готового на риск инвестора, который вложит 2 миллиона долларов и будет терпеливо ждать два года, пока Дэвид Шпигель, Уильям Бейнс и Джонатан Кларк закончат свою работу. Такой сценарий реализуется во многих областях исследований, но он требует хороших связей и толстого кошелька. Именно поэтому подобного сорта договоры обычно заключаются с фармацевтическими компаниями, как это, например, произошло с разработкой transthyretin amyloid clearance therapy based on CPHPC

Второй путь – подбодрить исследователей и поддерживать их, как мы можем, с помощью наших пожертвований, возможно, несколько лет, пока не будет найден подходящий фермент. Когда дело вплотную подойдёт к тестированию препарата на крысах и мышах, можно организовать стартап на основе посевного финансирования. Такой сценарий намного проще в нашем сообществе – если Oisin Biotechnology удалось получить финансирование от фонда SENS, компания по разработке терапии против глюкозепана может сделать то же самое через пару лет.

Перевод выполнил Эл Мехтиев, группа SENS Volunteers

 

Также вы можете прочесть Интервью с исследователем Дэвидом Шпигелем о терапии, разрушающей глюкозепановые сшивки

 

 

Подробнее по теме:

SENS - стратегия достижения пренебрежимого старения инженерными методами

 

 

25.10.2017 Источник: geektimes.ru

 

 

 

Валерий Спиридонов, первый кандидат на пересадку тела, рассказывает о том, как зародились современные технологии клонирования живых организмов, и рассуждает о последствиях их появления для человечества.

 

Ключ жизни

Начало исследований альтернативного биовоспроизводства относят к 1885 году, когда немецкий ученый Ханс Дриш (Hans Driesch) стал изучать методы репродукции, экспериментируя на морских ежах и других животных с крупными яйцеклетками. В 1902 году ему удалось вырастить двух полноценных морских ежей, разделив один эмбрион на две половины на первых стадиях его роста.

Принципиально новый метод клонирования был разработан в 1940-х годах советским эмбриологом Георгием Лапшовым. Он выделил ядро неполовой клетки и ввел его в яйцеклетку с предварительно извлеченным ядром. Этот метод клонирования получил название "перенос ядра".

Аналогичные опыты в дальнейшем удалось провести американским эмбриологам с головастиками лягушек. А в 1996 году весь мир облетела новость об успешном клонировании овечки Долли. Это было первое млекопитающее, клонированное из клеток взрослой особи.

В дальнейшем ученые пытались клонировать еще многих животных: мышей, свиней, коз, коров, лошадей, крыс и других. Параллельно с этим были созданы новые методики генной инженерии, позволяющие менять ДНК эмбриона во время клонирования и совершать другие фантастические вещи, являющиеся сегодня обыденными для науки и медицины.

 

Клонированные мыши

 

Однако целью подобных экспериментов являлось не только воссоздание популяции редких видов животных, но и апробирование технологий и методов клонирования для создания копии человека или его отдельных тканей.

 

Копии вне закона. Законодательное регулирование в России и мире

В большинстве стран мира на клонирование введен временный запрет. Он обусловлен прежде всего вопросами этики, а также несовершенством имеющихся технологий. Когда ученые осуществляют процесс клонирования, они одновременно создают сотни эмбрионов, большая часть которых не доживает до стадии имплантации.

Кроме того, наблюдения за длиной теломер, концевых участков ДНК, показывают, что клоны должны иметь меньшую продолжительность жизни, чем их "родители", что, однако, пока не проявляется в ходе наблюдений за реально живущими клонами, несмотря на более короткие теломеры, чем у животных аналогичного возраста, зачатых естественным путем.

В России с 19 апреля 2002 года действует федеральный закон "О временном запрете на клонирование человека". Срок действия этого документа истек в 2007 году. Затем мораторий был продлен в 2010-м на неопределенное время до вступления в силу закона, устанавливающего порядок использования технологий в данной области. При этом законом не запрещено клонирование клеток в научно-исследовательских целях или для трансплантации.

Несмотря на сопротивление политиков и общественности, первые лабораторные исследования и эксперименты на человеческих эмбрионах были недавно проведены в Китае, США, Великобритании и Нидерландах. В других государствах мира (к примеру, во Франции, Германии и Японии) подобные опыты пока остаются за гранью закона.

 

Протест активистов Greenpeace против клонирования животных в Германии

 

Если же рассматривать данный вопрос с точки зрения религии, то тогда можно говорить, что любой вид клонирования является неприемлемым для представителей почти всех конфессий мира.

На настоящий момент не существует достоверной информации о проведенных экспериментах по клонированию человека. Национальный институт генома человека США, один из главных научно-исследовательских центров, ведущих работу в данном направлении, выделяет три типа клонирования: генное, репродуктивное и терапевтическое.

 

Генное клонирование

Клонирование генов или сегментов ДНК (в соответствии с определением Университета штата Небраска) представляет собой процесс, в рамках которого из клеток извлекается ДНК, разрезается на части, и затем одна из этих частей, содержащая в себе тот или другой ген, вставляется в геном другого организма.

 

Клонирование сегментов ДНК в лаборатории

 

Как правило, в его роли выступают различные микробы, чьей ДНК манипулировать гораздо проще, чем геномом человека или других многоклеточных живых существ, у которых генетический материал упакован внутри ядра, изолированного от всей остальной клетки.

Получив несколько сотен таких микробов с "клонированной" чужеродной ДНК, ученые наблюдают за тем, как изменилась их жизнедеятельность, и отбирают те бактерии, которые содержат в себе интересные гены, способные, к примеру, сделать растения неуязвимыми для атак различных болезнетворных грибков или защитить их от посягательств вредителей.

Аналогичным образом "клонирование" человеческих генов в ДНК микробов позволяет молекулярным биологам искать причины развития различных генетических болезней и создавать генные терапии, способные бороться с ними.

 

Терапевтическое клонирование

Эмбриональные стволовые клетки и их аналоги, изготовленные из "перепрограммированных" клеток кожи или соединительной ткани, могут превращаться практически в любые типы клеток в организме. Эта их особенность позволяет воссоздавать ткани и органы, совместимые с иммунной системой реципиента.

В России этот процесс называют клеточным размножением. Он похож на репродуктивное клонирование, но сроки роста культуры в данном случае ограничены двумя неделями. Через 14 дней процесс их размножения прерывается, и клетки используются в лабораторных условиях. К примеру, для замены пораженных тканей. Они также могут служить для тестирования терапевтических препаратов.

Таким методом в Великобритании уже выращивают искусственную кожу, а в США создают полноценные мочевые пузыри.

 

Репродуктивное клонирование

Клонирование в перспективе могло бы полностью решить проблему бесплодия — ярким примером этого как раз была знаменитая овечка Долли.

 

Клонированная овечка Долли

 

Источником генетического материала послужили клетки умершей овцы, донором яйцеклеток стала другая овечка, а третье животное играло роль суррогатной матери. Из 277 клеток лишь 29 развились до состояния эмбриона, всего один из которых выжил.

Несмотря на уникальность эксперимента и научный прорыв для того времени, его результаты подверглись критике.

Основная причина — что эксперимент не был чистым с точки зрения генетики. Помимо ядерной ДНК, часть генома содержится внутри так называемых митохондрий, клеточных "энергостанций". В данном случае Долли унаследовала митохондрии не от своей "генетической" матери, а от донора яйцеклеток, из-за чего ее нельзя назвать стопроцентным клоном. Возникает вопрос — возможно ли в принципе создание идеальной копии какого-либо человека или животного?

 

Абсолютных клонов не бывает?

Даже если клон будет изначально генетически идентичен оригиналу, его сходство с ним будет неизбежно уменьшаться с течением времени. Это отразится как на внешних, так и на внутренних характеристиках.

В частности, в геноме человека и животных постоянно возникают новые случайные мутации, благодаря чему клон и оригинал станут непохожими уже в первые секунды своего "раздельного" существования. Даже природные "клоны", однояйцевые близнецы, изначально имеют по несколько десятков разных мутаций, и их число постепенно растет после их появления на свет.

Более того, если мы вспомним физику, то заметим, что сами законы квантовой механики запрещают существование идеальных копий любых объектов.

 

Неопределенное будущее

Тем не менее наука не стоит на месте, и за последние десятилетия методики клонирования как генов, так и организмов стали гораздо более безопасными и надежными, что позволяет снизить вероятность неудачного клонирования или появления ошибок при трансплантации ДНК в чужеродный организм.

К примеру, появление методик "перепрограммирования" клеток позволяет ученым сегодня получать большие количества стволовых клеток и даже выращивать полноценные эмбрионы, не жертвуя ради этого другими зародышами. Пока такие клетки используются только в лабораториях, однако в будущем они могут найти свое место в лечении болезней Паркинсона, Альцгеймера, последствий инсультов, слепоты и решении многих других проблем со здоровьем.

Совершенствование биотехнологий и накопление научных знаний в сфере генной инженерии открывает новые возможности для человека: устранение генетических заболеваний, биосовместимая трансплантология, альтернативное решение проблем бесплодия и, возможно, рождение детей с заданными параметрами.

 

26.10.2017 Источник: ria.ru

 

Дифференцировка стволовых клеток, то есть их превращение в тот или иной клеточный тип, — это сложный многоступенчатый процесс. По пути в конечное состояние клетка проходит ряд промежуточных стадий. Существует два подхода к дифференцировке клеток in vitro. Можно последовательно воспроизводить процессы, происходящие в зародыше при развитии, и постепенно вести клетку в требуемом направлении. А можно сразу экспрессировать в клетке белки, характерные для конечного состояния. Будут ли в этом случае клетки проходить все промежуточные состояния или какие-то пропустят? Или же они вообще пойдут другим путем?

 

Рис. 1. Моторные (двигательные) нейроны, полученные из стволовых клеток. Голубой — DAPI, ядра клеток. Зеленый — белки, подтверждающие, что эти нейроны функциональны: Tubb3 — тубулин, белок микротрубочек в аксонах; Map2 — белок, связанный с микротрубочками; VACht — белок, транспортирующий вакуоли с нейромедиатором ацетилхолином. Изображение из обсуждаемой статьи в eLife

 

Развитие зародыша от зиготы до полноценного организма можно представить в виде дороги со множеством развилок. По мере того как клетки делятся, каждая из них выбирает путь, по которому она будет двигаться дальше, то есть приобретает некоторые характерные свойства (форму, внутреннее строение и экспрессию конкретных генов). В результате множества таких последовательных «решений» клетка достигает конечного состояния — одного из клеточных типов взрослого организма со всем набором его характерных признаков. Весь этот путь клетки в целом называют дифференцировкой, а итог — дифференцированным состоянием.

В 1954 году английский биолог Конрад Уоддингтон предложил модель эпигенетического ландшафта, которая, в частности, применима и к дифференцировке стволовых клеток. Этот ландшафт выглядит как горка с параллельными разветвляющимися колеями (креодами), а клетка представляется шариком, скатывающимся по этой горке (рис. 2.). Согласно этой модели, судьба клетки определяется раз и навсегда, и изменить ее уже не получится. Чтобы клетка оказалась вместо одного органа в другом, ей нужно перескочить в соседнюю колею, что в данной модели энергетически невыгодно.

 

Рис. 2. Эпигенетический ландшафт Уоддингтона. Под каждой колеей указано итоговое предназначение клетки: грудь, крыло, верхняя нога, нижняя нога, антенна, рот (речь идет о развитии дрозофилы). Изображение из книги: C. H. Waddington. «Principles of embryology». NY, 1956.

 

Идеи Уоддингтона остаются актуальными до сих пор, однако эксперименты со стволовыми клетками подсказывают нам новые правила обращения с этим ландшафтом. Так, в 2006 году японским ученым Такахаси и Яманаке удалось «забросить камень обратно на гору» — вернуть клетки мыши из терминально-дифференцированного состояния на уровень эмбриональных стволовых клеток зародыша, из которых можно получить любой клеточный тип (см. K. Takahashi, S. Yamanaka, 2006. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors). Для этого в зрелые фибробласты мыши вводили 4 ключевых транскрипционных фактора, обеспечивающих стволовое состояние. Этот процесс назвали репрограммированием клеток. Однако сам Яманака отметил невысокую эффективность этого процесса: в первых экспериментах удавалось репрограммировать лишь 0,05% клеток.

Потом эти цифры выросли, в некоторых случаях даже до 10%, но большинство клеток всё равно не поддавалось методике (см. S. Yamanaka, 2009. Elite and stochastic models for induced pluripotent stem cell generation). Яманака предпринял попытку объяснить это через ландшафт Уоддингтона (рис. 3). Предположим, что мы пытаемся забросить шарик обратно на гору. На его пути может возникнуть несколько препятствий: он может не долететь до верха и скатиться вниз окончательно (в данном случае это означает апоптоз, то есть намеренную гибель клетки, стрелка 4), может докатиться до верха и не удержаться там (тогда клетка будет дифференцироваться снова в случайном направлении, стрелка 2) или может полететь в неправильном направлении и перескочить в соседнюю колею (дифференцироваться в другой тип, стрелка 3). И только в тех редких случаях, когда шарик долетает до верха и удерживается там, клетка репрограммируется и становится стволовой (стрелка 1).

 

 

 

 

Но на этом приключения шарика на горке не заканчиваются. До недавнего времени были известны всего две основные методики работы со стволовыми клетками: дифференцировка и репрограммирование. Протоколы дифференцировки состояли из последовательного действия на клетки веществами, «направляющими» их в ту или иную сторону. Набор этих веществ определяли экспериментально, основываясь на реальных процессах развития. Если для дифференцировки клеток нервной системы на некоторой стадии в зародыше мыши нужна ретиноевая кислота, то и в лаборатории можно добавить ее в среду культивирования для получения нейронов. Теперь представим себе, что мы хотим получить, например, культуру нейронов человека. Можно взять его клетки кожи, репрограммировать до эмбриональных стволовых клеток, а затем дифференцировать в нейроны. Это оказывается долго и неэффективно, поэтому давно идет поиск более короткого пути.

Коротких путей обнаружилось два — прямая дифференцировка и трансдифференцировка. В ходе прямой дифференцировки предлагается получить нейроны из эмбриональных стволовых клеток без промежуточных стадий. Трансдифференцировка же предполагает получение нейронов напрямую из клеток кожи. Отметим сразу, что клеточные типы здесь даны как примеры, реально они могут быть практически любыми. Эти короткие пути осуществляются одним способом: в культуре исходных клеток (стволовых или дифференцированных) запускается экспрессия транскрипционных факторов, характерных для нужного клеточного типа (в данном случае, нейронов). Эффективность этих методов пока остается невысокой, однако оба они работают. Поэтому возникает множество вопросов: насколько функциональны полученные таким образом клетки? Какие механизмы лежат в основе ускоренной дифференцировки? Что при этом происходит с промежуточными стадиями, исчезают ли они полностью или частично сохраняются? Этими вопросами и задались авторы обсуждаемой статьи (рис. 4).

 

Рис. 4. Исследовательские вопросы авторов обсуждаемой статьи. а) Как в случае прямой дифференцировки обходятся промежуточные стадии? Возможные варианты: все стадии присутствуют, некоторые стадии пропущены, появляются альтернативные стадии. b) Какие из промежуточных стадий исчезают? Возможные варианты: самые ранние, самые поздние, весь путь отличается от классического. с) Получаются ли в результате прямой дифференцировки полноценные функциональные клетки? Возможные варианты: полное или частичное достижение эффекта. Изображение из обсуждаемой статьи в eLife

 

Авторы работали с эмбриональными стволовыми клетками мыши. Они запустили параллельно стандартный протокол последовательной дифференцировки и прямую дифференцировку в моторные нейроны спинного мозга. Чтобы отследить, на каких стадиях находятся клетки, они анализировали РНК в отдельных клетках на ранних (4–5 день) и поздних (11–12 день) стадиях дифференцировки. Затем исключали клетки, от которых получено слишком мало РНК, и те, у которых обнаруживали повышенную экспрессию митохондриальных генов, связанных со стрессом: эти клетки, возможно, развивались аномально. В оставшихся клетках вычисляли гены, экспрессия которых статистически значимо менялась в ходе дифференцировки.

Это позволило определить основные стадии, через которые проходили клетки. При стандартном протоколе дифференцировки путь получился следующим: эмбриональные стволовые клетки — общие нейральные предшественники — клетки заднего отдела нервной системы — клетки брюшной стороны заднего отдела — предшественники моторных нейронов — ранние моторные нейроны — поздние (зрелые) моторные нейроны. При этом в культуре можно было обнаружить несколько стадий одновременно, так как клетки дифференцируются асинхронно. Ученые обнаружили, что при использовании стандартного протокола до поздних стадий доходило меньше клеток, чем при прямой дифференцировке, а также больше клеток отклонялось от намеченного пути и превращалось в другие типы. В то же время при прямой дифференцировке не удалось обнаружить двух стадий: клетки не приобретали постепенно свойств заднего и брюшного отделов нервной системы (рис. 5). При этом начальные и конечные стадии в обоих протоколах оказались очень похожими. Итогом стали полноценные и функциональные моторные нейроны.

 

Рис. 5. Последовательные стадии, которые проходят клетки при прямой (b) и постепенной (с) дифференцировке. По осям отложены статистические показатели, отражающие экспрессию характерных для разных стадий групп генов. Клетки с близкими значениями этих показателей считали находящимися на одной стадии. Обозначения стадий: ESC — эмбриональные стволовые клетки, NP — общие нейральные предшественники, PNP — клетки заднего отдела нервной системы, VNP — клетки брюшной стороны заднего отдела, MNP — предшественники моторных нейронов, EMN — ранние моторные нейроны, LMN — поздние (зрелые) моторные нейроны. Изображение из обсуждаемой статьи в eLife

 

Это отличие прямой дифференцировки от стандартной наглядно показывает нам разницу между развитием клетки в эмбрионе и в культуре. В целостной системе, такой как зародыш, на ранних этапах возникает разметка плана строения, и только после этого начинается окончательная дифференцировка. Вероятно, это необходимо для адекватного взаимодействия между тканями и разными типами клеток в эмбрионе. В то же время эти стадии оказываются не критичными для последующего формирования функционального нейрона, если идет речь о культуре, где клетки не взаимодействуют с окружением. При прямой дифференцировке клетки проходили стадию, нехарактерную для стандартного протокола: в них включались гены переднего мозга. Впрочем, к поздним стадиям их экспрессия исчезала, и конечные стадии дифференцировки в обоих протоколах оказались очень похожими.

Технология прямой дифференцировки вызывает много вопросов и споров. Несмотря на ее эффективность, прежде чем использовать ее на практике, необходимо убедиться в том, что «нестандартные» пути развития клеток не привносят в них никаких побочных свойств. Авторы обсуждаемой статьи полагают, что стадия терминально-дифференцированной клетки относится к числу так называемых «бассейнов притяжения» (см. Basin of attraction), то есть устойчивых состояний, к которым стремятся все незначительно отличающиеся состояния и которые устойчивы к умеренным колебаниям окружающей среды. Это означает, что если в результате дифференцировки каким-либо образом будет достигнута экспрессия ключевых транскрипционных факторов, то клетка так или иначе придет к конечному состоянию. И вероятность того, что она в последний момент пойдет по другому пути, крайне мала. Если это действительно так, то можно ожидать, что короткие пути дифференцировки вскоре вытеснят длинные и традиционные, увеличив эффективность процесса и приблизив нас к использованию этих технологий в медицине.

 

 

Подробнее по теме:

Регенеративная медицина, клеточная терапия

Терапия стволовыми клетками эффективно и безопасно борется со старением

 

Источники: elementy.ru; James Alexander Briggs, Victor C. Li, Seungkyu Lee, Clifford J. Woolf, Allon Klein, Marc W. Kirschner. Mouse embryonic stem cells can differentiate via multiple paths to the same state // eLife. 2017. V. 6. P. e26945. Doi: 10.7554/eLife.26945. Автор: Полина Лосева

 

 

Авторы: Елена Милова, Стив Хилл

Опубликовано наше со Стивом Хиллом интервью Грегори Фэя про его пилотное исследование регенерации тимуса на людях. Кратко: новости хорошие. Похоже, у нас есть прототип терапии по регенерации тимуса.

Это замечательно, потому что от состояния тимуса напрямую зависит функциональность иммунной системы, сопротивляемость организма различным инфекциям, и его способность устранять раковые клетки. Раньше возрастная атрофия тимуса (а начинается она примерно в возрасте 10 лет) считалась необратимой.

Цитата из рассказа Грегори Фэя (Greg Fahy):

"Испытание проводилось в соответствии с утвержденным FDA протоколом, под надзором нескольких научных и этических комитетов. Испытание включало в себя 12-месячный курс лечения 9 мужчин, разделенных на две когорты, с первой когортой, начинающей курс в октябре 2015 года, и второй заканчивающей его в апреле этого года. Наша цель состояла в том, чтобы собрать предварительные данные, свидетельствующие о том, что можно безопасно регенерировать нормально стареющий человеческий тимус и восстановить его функции, значимо обратив вспять процесс возрастной деградации иммунитета.

Мы решили работать со здоровыми мужчинами отчасти потому, что это было небольшое испытание, в котором требовалось достаточно однородное население, и потому, что по мужчинам было больше информации, чем по женщинам. Мы выбрали возрастную группу от 50 до 65 лет, потому что этот диапазон охватывает несколько лет до и несколько лет после порогового возраста, при котором иммунная система имеет тенденцию к нарушению. Поэтому успех испытаний говорит о возможности предотвращения или даже отмены ранних стадий иммунного коллапса. В будущих испытаниях мы намерены проверить терапию как у женщин, так и у пожилых мужчин.

В числе оцениваемых параметров была МРТ-анализ плотности тимуса до и после лечения, простая и сложная оценка распределения популяций Т-клеток, измерения многих сывороточных факторов, связанных с функцией иммунной системы и общим здоровьем, распределение длины теломер лимфоцитов и активности теломеразы и биологического возраста в соответствии с эпигенетическими часами Хорвата. Что касается наших результатов, когда вы работаете с людьми, безопасность должна быть главным приоритетом, поэтому я рад, что могу сказать, что мы достигли или превзошли все наши цели в плане безопасности.

Что касается результатов визуализации тимуса, предварительный анализ показывает значимое и существенное увеличение плотности тимуса, что указывает на замещение жировой ткани тимуса более богатым водой материалом, а в предыдущих исследованиях пациентов с иммунодефицитом человека это совпало с улучшенной функцией тимуса. Поверхностные тесты старения иммунной системы показали улучшение у 8 из 9 мужчин, и мы смогли определить возможную и исправимую причину неудачи 9-го добровольца. Мужчины всех возрастов отреагировали на терапию положительно и нам удалось избежать побочных эффектов. Тем не менее, самые окончательные конечные точки нашего исследования все еще анализируются в четырех разных местах по всему миру, поэтому мы узнаем окончательные результаты нашего исследования, возможно, еще через месяц или два."

 

04.10.2017 Источники: Life Extension Advocacy Foundation (LEAF)  www.leafscience.org/rejuvenating-the-thymus