Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Стволовые клетки: мифы и реальность

«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», – считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин (Московский Центр медико-биологических технологий).

Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века. В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Действительно, стволовые клетки – прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения. Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.

Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции. Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать «запчастями» для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы – стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

Откуда берутся стволовые клетки

По своему происхождению стволовые клетки разделяют на эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека.

Источником эмбриональных стволовых клеток является бластоциста – зародыш, который формируется к пятому дню оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток есть недостатки. Во-первых, эти клетки способны спонтанно перерождаться в раковые клетки. Во-вторых, в мире пока не выделена безопасная линия истинно эмбриональных стволовых клеток, годных для клинического применения.

Фетальные стволовые клетки получают из абортивного материала на 9-12 неделе беременности. Помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости самого лечения, которое в определенных случаях может быть весьма эффективным.

Источником стволовых клеток является также плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако количество стволовых клеток в пуповинной крови не достаточно велико, и эффективное их применение возможно только однократно для самого ребенка до 10 лет.

Самым доступным источником стволовых клеток является костный мозг человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальная. В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый – это гематопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй – это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани.

Зачем нужны стволовые клетки

Если у человека есть свои стволовые клетки, то почему органы сами не регенерируют после повреждения? Причина в том, что в процессе взросления человека наблюдается катастрофическое снижение количества стволовых клеток: при рождении – 1 стволовая клетка встречается на 10 тысяч, к 20 – 25 годам – 1 на 100 тысяч, к 30 – 1 на 300 тысяч. К 50-летнему возрасту в организме уже остается всего 1 стволовая клетка на 500 тысяч, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, гипертония и т.д. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжелых заболеваний, а также нарушение механизма их выброса в кровь лишает организм возможностей эффективной регенерации, в результате чего жизнедеятельность тех или иных органов истощается.

Увеличение количества стволовых клеток в организме приводит к интенсивной регенерации и восстановлению поврежденных тканей и больных органов за счет образования молодых, здоровых клеток на месте утраченных. Современная медицина уже обладает такой технологией – она называется клеточной терапией.

Что такое клеточная терапия

Организм человека развивается до 25 лет, после чего начинается процесс старения, когда с каждым днем человек замечает за собой не самые приятные изменения своего тела. Возрастные изменения кожи, изменения в деятельности эндокринных и половых желез, мышечных тканей, иммунной и нервной систем также связаны с истощением запаса стволовых клеток. Для компенсации этого запаса и необходима клеточная терапия. Здоровым людям нет необходимости начинать поддерживающую терапию ранее 35 лет. Напротив, всем кто перенес серьезные болезни, травмы, ожоги или отравления процедуры показаны в любом возрасте.

Отечественная наука и медицина обладают одним из лучших потенциалов в области исследования и применения клеточной терапии в мире. Первые направленные поиски в области стволовых клеток костного мозга человека начались в результате методического прорыва, осуществленного Александром Яковлевичем Фриденштейном в середине 70-х годов ХХ века. В его лаборатории впервые была получена однородная культура стволовых клеток костного мозга. После прекращения деления стволовые клетки под влиянием условий культивирования превращались в костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткань. Пионерские разработки А.Я.Фриденштейна заслужили международное признание.

Сейчас с помощью терапевтической трансплантации стволовых клеток имеется возможность лечить или использовать в качестве сопровождающей терапии целый спектр заболеваний – сахарный диабет, атеросклероз, ишемическую болезнь сердца, хронические заболевания суставов, застарелые травмы, гепатиты и циррозы печени, аутоиммунные заболевания, болезни Альцгеймера и Паркинсона, синдром хронической усталости.

С помощью клеточной терапии быстро заживают ожоги, раны, язвы и рубцы кожи, осуществляется реабилитация после инсультов и черепно-мозговых травм, проводится комплексная программа регенерации (улучшение функциональных способностей организма и качества жизни) и мезотерапия лица, рук, проблемных (вялых) зон и всего тела. Клеточная терапия используется как поддерживающая терапия при рассеянном склерозе, сексопатологиях и бесплодии у мужчин и женщин, онкологических заболеваниях.

Безусловно, использование стволовых клеток не является панацеей. Так, их применение в онкологии не приводит к излечению от рака. Однако имеется ряд уникальных программ, направленных на реабилитацию больных в период ремиссии и перерывов между курсами химиотерапии. Больные, получающие такой курс, значительно лучше переносят все процедуры, уменьшается количество осложнений, появляется возможность повторить процедуры раньше. Таким образом, шансы на успех значительно возрастают. Помимо этого, стволовые клетки обладают и доказанным противораковым эффектом: они сдерживают процессы развития опухоли и активизируют иммунную систему.

Как проводится клеточная терапия

После проведения обследования и сбора анализов пациенту предлагают сдать кровь (костный мозг), в которой постоянно присутствует некоторое количество стволовых клеток. Современные технологии позволяют выделить стволовые клетки, после чего вырастить эти клетки в специальной среде в значительно большем количестве. По окончании процесса культивации пациенту назначают индивидуальный курс введения родного клеточного материала. Все лечение протекает амбулаторно и не требует изменения обычного ритма жизни.

Для сбора собственного клеточного материала необходима пункция костного мозга. Подготовка к процедуре, сама процедура забора костного мозга и отдых после нее длятся 1,5 часа (сама процедура занимает не более 20 минут), после чего пациенту необходимо прийти к врачу через 7 дней для первичного введения и далее посещать его для последующих введений согласно составленному графику.

Введение клеточного материала – безболезненная процедура, проводимая амбулаторно в стерильных условиях. Клеточный материал может вводиться внутривенно, внутримышечно, внутрисуставно, подкожно, а также в виде аппликаций – в зависимости от метода лечения и характера заболевания.

Средняя продолжительность курса (в зависимости от выбранной программы) – 2,5-3 месяца. Помимо начального этапа, пациенту не требуется посещать врача более чем 1-2 раза в неделю на протяжении всего курса.

Как правило, половина всех пациентов интересуется комплексной программой регенерации организма. Другая половина пациентов – это больные различных возрастов, с разными заболеваниями и их осложнениями – после серьезных травм, аварий, инсультов, ожогов, после операций, стрессов, кардиологических осложнений.

Клеточная терапия – это будущее современной медицины, это направление интенсивно развивается во всем мире. Приятно, что наша страна в этой области не только не отстает от других стран, но кое в чем их опережает.

Стволовые клетки: правда, мифы и опасения

Что такое стволовые клетки?

Если говорить о стволовых клетках как таковых, то их главная особенность - способность к многократному делению. Проще говоря, благодаря им организм «обновляется». Но, увы, со временем скорость их деления уменьшается, и мы стареем. Несколько лет назад ученым показалось, что они нашли-таки «лекарство от возраста» - в виде эмбриональных, или зародышевых, стволовых клеток. Но чуда не случилось: из-за недостаточной изученности их действия и отдаленных последствий использования, а также многочисленной информации о потенциальной опасности такой клеточной терапии, к стволовым клеткам животного происхождения стали относиться очень настороженно. В большинстве стран их использование запретили. И сегодня, если речь идет о косметике со стволовыми клетками, имеются в виду так называемые растительные (фитостволовые, ростковые) клетки.

Откуда берутся фитостволовые клетки?

Термин «терапия стволовыми клетками растений» впервые был использован в 1970 году французским врачом Домиником Ришаром. Этот метод лечения также известен в США и Европе как фитоэмбриотерапия. Но вообще-то клетки растений, которые используются в косметических средствах, правильнее называть не стволовыми, а меристемными .

Об уникальной способности растений восстанавливать себя из мельчайших фрагментов известно давно. Но только во второй половине прошлого века выяснилось, что это возможно благодаря клеткам, которые содержатся в особой ткани растений - меристеме, сосредоточенной в почках, молодых корешках и проростках. Меристемные клетки и есть стволовые, то есть клетки-предшественники других, богатые пептидами, факторами роста, аминокислотами, антиоксидантами. Из них формируются ткани растений, от них зависит рост стеблей и корней и восстановление повреждений. Не удивительно, что чудо-клетки оказались в числе высокоактивных косметических компонентов!

Как «добывают» растительные стволовые клетки?

Обычно в косметику попадает не вся стволовая клетка, а только ее активные вещества. Чаще всего для этого используют биотехнологический способ. На кусочке растительной ткани делается надрез, клетки в его месте начинают активно делиться, образуя клеточную массу, обладающую всеми свойствами стволовых клеток. Ее помещают в жидкую среду с питательными веществами, а затем выделяют нужные компоненты, очищают их и стабилизируют. Такой процесс позволяет четко просчитать количество активных веществ и действие косметики.

Алиса Алая

Между эпидермисом и дермой есть так называемая базальная мембрана. Проникнуть через нее могут только гормоны и лекарственные вещества, но никак не косметика. Любые косметические средства, в том числе с ростковыми клетками, работают исключительно поверхностно, запуская процессы в дерме путем передачи информации через клетки-рецепторы. Растительные стволовые клетки - активные биостимуляторы клеток кожи. Благодаря факторам роста они способствуют улучшению тургора, исчезновению мелких и уменьшению крупных морщин.

Какого эффекта ждать от клеточной косметики?

Эдельвейс, женьшень, гардения, гинкго билоба, красный виноград, роза - вот лишь самые популярные из растений, стволовые клетки которых активно используются в косметике anti-age. Причем фитостволовые клетки способны влиять сразу на несколько причин старения кожи. Клетки с антиокислительными свойствами прерывают цепные реакции свободных радикалов, защищая клетки кожи от разрушения. Другие регулируют выведение токсинов, третьи - нормализуют процесс деления клеток и защищают ДНК… Чаще всего в одном косметическом средстве используются стволовые клетки одного-двух растений, но встречаются и рекордсмены, обогащенные пятью-шестью подобными экстрактами. Существует и нутрикосметика (например, на основе растительных стволовых клеток томата делается напиток Lifeade Beauty от Unhwa).

Опасны ли растительные стволовые клетки?

Ответ на этот вопрос однозначен: в данном случае нет. Косметика с ними не вызывает привыкания (впрочем, как и любая косметика), ей не запрещается пользоваться в период беременности. В отличие от клеток животного происхождения, растительные клетки не несут столь мощную информацию и не оказывают на человека такого серьезного и глобального воздействия, не вмешиваются в генный аппарат.

Ученые всего мира называют XXI век – веком биомедицины. И это вполне объяснимо, ведь данная область медицины развивается с невероятной скоростью. Недаром же в последние годы за открытия в области клеточных технологий ученые получили 7 Нобелевских премий! И это далеко не предел, ведь перспективы лечения стволовыми клетками на сегодняшний день выглядят абсолютно безграничными! Но, обо всем по порядку.

Историческая справка

Стволовые клетки открыл русский ученый Александр Максимов в далеком 1909 году. Именно он и стал основателем регенерационной медицины. Однако первую операцию по трансплантации таких клеток провели гораздо позже, в 70-х годах прошлого века. И пусть ученые до сих пор спорят о безопасности использования стволовых клеток, к началу XXI века в мире было проведено 1200 операций по трансплантации стволовых клеток, взятых из пуповины. В России к таким методам лечения долгое время относились настороженно, а потому первая разрешенная операция была проведена лишь в 2010 году. Сегодня в нашей стране действует несколько клиник, предлагающих данный метод для лечения самых разных заболеваний.

Что такое стволовые клетки и зачем они нужны

Стволовые клетки – это незрелые (недифференцированные) клетки, присутствующие у всех многоклеточных организмов. Особенностью таких клеток является их уникальная способность делиться, образуя новые стволовые клетки, а также дифференцироваться, то есть превращаться в клетки определенных органов и тканей. По сути, стволовые клетки – это своеобразный резервный запас нашего организма, благодаря которому осуществляется процесс клеточного обновления.

Использование стволовых клеток в лечении заболеваний – настоящий прорыв в современной медицине. Сегодня имеются достоверные данные о том, что благодаря стволовым клеткам можно лечить рак, атеросклероз, инсульт, инфаркт миокарда, аутоиммунные и аллергические заболевания, диабет и эндокринные нарушения, травмы позвоночника и мозга. Стволовые клетки улучшают состояние кожи, костей и хрящевой ткани, укрепляют иммунитет и усиливают потенцию. Более того, на сегодняшний день имеется положительная практика лечения болезни Альцгеймера и Паркинсона при помощи этих биологических веществ!

Причем, стволовые клетки позволяют раз и навсегда избавиться от тяжелого недуга, что гораздо дешевле, чем из года в год пытаться лечить болезнь медицинскими препаратами. И этот факт давно подтвержден пациентами, которые при помощи данного метода избавились от ревматоидного артрита и бронхиальной астмы.

Более того, при помощи этих биологических веществ на сегодняшний день можно успешно лечить бесплодие. Специалисты создают клетки, которые временно подавляют иммунную функцию женщины, в результате чего организм не отторгает плод. По статистике, каждая вторая женщина, решившаяся на такой способ борьбы с бесплодием, забеременела и родила прекрасного малыша. Как видите, область применения этих удивительных клеток кажется просто безграничной!

Суть лечения

Безусловно, клеточная терапия – это не панацея от всех недугов. Лечение такими клетками имеет ряд противопоказаний и не может применяться без взвешенного подхода.

В чем же суть данного метода? Оказывается, чудо-клетки обладают двумя важнейшими функциями – они делятся сами и активизируют размножение других клеток организма. Смысл лечения в том, что при попадании в болезненный орган, клетки запускают работу иммунной системы и выделяют биоактивные вещества, которые активизируют к обновлению собственные стволовые клетки пораженного органа. В результате замены старых клеток на новые и происходит процесс регенерации, благодаря которому орган постепенно восстанавливается.

Разновидности стволовых клеток

Медицине известны несколько типов чудо-клеток. Это фетальные, эмбриональные, постнатальные и множество других незрелых клеток. Для лечения чаще всего применяются гемопоэтические (ГСК) и мезенхимальные клетки (МСК), которые добываются из костного мозга, включая тазовые кости, ребра, а также жировые ткани и некоторые другие ткани, имеющие хорошее кровоснабжение. Выбор в пользу этих клеток сделан неспроста. По уверению ученых, лечение гемопоэтическими и мезенхимальными клетками высокоэффективно и безопасно, а значит, исключена вероятность того, что они мутируют и спровоцируют развитие опухоли, что вполне возможно при внедрении фетальных либо эмбриональных клеток.

А ведь не секрет, с возрастом количество стволовых клеток в организме человека становится все меньше. К примеру, если у эмбриона насчитывается одна клетка на 10 тыс. обычных, то у 70-летнего человека – одна клетка на 7-8 млн. Таким образом, в кровь взрослого человека ежедневно выделяется всего 30 тыс. мезенхимальных клеток. Этого хватает лишь для устранения мелких нарушений, но совершенно недостаточно для того, чтобы защитить от тяжелых недугов или затормозить процесс старения.

Однако лечение стволовыми клетками позволяет добиться невозможного. По мнению современных ученых, при введении стволовых клеток в организм создается необходимый «регенеративный фонд», благодаря которому человек поправляется и избавляется от болезней. Подобное использование стволовых клеток медиками очень напоминает заправку автомобиля топливом. Врачи просто вводят в вену стволовые клетки будто «заправляют» организм качественным топливом, благодаря чему человек избавляется от болезней и живет дольше!

В среднем, лечение заболеваний подразумевает введение в кровь около 1 млн. клеток на 1 кг веса. Чтобы бороться с тяжелыми патологиями больному следует вводить 2-3 млн. стволовых клеток на каждый 1 кг веса. По мнению медиков это естественный механизм лечения болезней, которые станет основным методом терапии практически всех патологий в самом ближайшем будущем.

Мифы и реальность

Несмотря на успехи, которых на сегодняшний день добились специалисты биомедицины, недоверие к такому методу лечения заболеваний по-прежнему велико. Возможно виной тому периодически возникающая в СМИ информация об известных личностях, чьи попытки лечения или омоложения организма закончились печально. Врачи частных клиник, имеющие лицензию на лечение такими клетками, относят эти информационные вбросы к «дутым сенсациям», резонно замечая, что в сообщениях нет информации о методе лечения и типе применяемых клеток. Эксперты научных госучреждений решительно отказываются комментировать такие слухи. Возможно, именно из-за отсутствия полной информации общество и раздирают сомнения по поводу безопасности подобного лечения.

Тем не менее, людей, согласившихся на терапию стволовыми клетками, и сегодня называют «подопытными кроликами». По словам главврача одной из клиник, проводящих подобное лечение, Юрия Хейфеца: «Говорить о наших пациентах как о подопытных кроликах, просто некорректно. Мне известно об имевшихся случаях аллергии на данный материал, но аллергию вызывали не клетки, а питательная среда, попавшая в клеточную культуру. Но я не слышал ни об одном случае летального исхода после введения таких клеток!».

Поддерживает специалиста и доктор медицинских наук профессор Александр Тепляшин. По словам ученого: «В Европе и США уже начали осознавать всю пользу и эффективность, которую несут в себе стволовые клетки. Именно поэтому наши специалисты, которые давно занимаются лечением стволовыми клетками, чрезвычайно востребованы в этих странах. У нас же по-прежнему наблюдается недоверие к данному методу лечения, и это очень огорчает».

Ученые обращают внимание на тот факт, что еще не утихли споры относительно пользы и вреда антибиотиков, однако известно, с какой катастрофой столкнулось бы человечество, не будь этих лекарственных средств. То же происходит и со стволовыми клетками. Вместе с тем специалисты замечают, что отнюдь не все стволовые клетки годятся для терапии.

Цена вопроса

Еще один вопрос не дает покоя обывателям. Вроде бы лечение клетками ведется уже давно, досконально изучена технология, как грибы растут новые клиники, проводящие лечение стволовыми клетками. Почему же терапия остается такой дорогой?

Специалисты отвечают, что выращивание стволовых клеток – процесс долговременный и довольно затратный. К тому же государство не финансирует такие проекты, из-за чего они развиваются гораздо медленнее.

Правда и в этом процессе наблюдаются подвижки. Сегодня и в России имеются клеточные препараты, стоимость которых приравнивается к стоимости традиционного лечения. Например, средство для борьбы с артрозом стоит не дороже геля, предназначенного для введения в больной сустав. При этом препарат позволяет лечить сустав, в то время как гель борется лишь с болевым синдромом. Тем не менее, все компоненты для выращивания стволовых клеток в нашей стране на сегодняшний день закупаются в США.

Если предметно говорить о стоимости лечения, то данные различных источников во многом разнятся. К примеру, по информации «Московского Комсомольца» терапия стволовыми клетками в России на сегодняшний день колеблется в пределах 10 000–12 000$.

В то же время на сайте московской клиники «Новейшая медицина» говорится о том, что полная стоимость клеточной терапии или курса ревитализации обойдется в 30 000–32 000$.

В то же время ряд компаний, занимающихся организацией лечения стволовыми клетками в Германии, приводит данные, согласно которым полный курс лечения обойдется пациенту в 9 000–15 000$.

Ученые установили связь между стресс-индуцируемым гемопоэзом, возникновением повреждений ДНК в стволовых клетках крови, истощением их запаса и нарушениями в их функционировании. Оказывается, если в организме постоянно возникают инфекции или травмы, то постепенно в ДНК стволовых клеток крови накапливаются повреждения. Они приводят к истощению запасов стволовых клеток и, следовательно, к «старению» кроветворной системы. А в случае, если в системах репарации повреждений ДНК есть дефекты (как, например, при редком заболевании - анемии Фанкони), то истощение запаса стволовых клеток наступает гораздо быстрее.

Существует много разновидностей клеток крови (рис. 1). Каждый вид выполняет важные функции, но живут клетки крови сравнительно недолго: например, эритроциты живут около 120 дней, а лейкоциты - до нескольких месяцев. Для того чтобы постоянно пополнять запас выбывающих из строя бойцов, нужны кроветворные (их называют еще гемопоэтическими ) стволовые клетки (ГСК ). Популяция ГСК достаточно разнородна: клетки могут находиться на разных стадиях дифференцировки, то есть быть разной степени зрелости, могут обладать разным временем жизни, разной - краткосрочной и долгосрочной - регенеративной активностью, разными профилями экспрессии генов и разными эпигенетическими программами дальнейшей дифференцировки. В связи с этим среди стволовых кроветворных клеток особенно выделяют тип клеток с долгосрочной регенеративной активностью (ДР-ГСК ), то есть способных воспроизводить популяцию клеток крови на протяжении всей жизни организма .

Рисунок 1. Разнообразие клеток крови и их происхождение от общего предшественника - гемопоэтической стволовой клетки. Из нее образуются более зрелые, но всё еще способные к дифференцировке миелоидные и лимфоидные предшественники. Миелоидные клетки, постепенно дифференцируясь, дают начало тромбоцитам , эритроцитам, моноцитам (а с ними - макрофагам и миелоидным дендритным клеткам), эозинофилам, нейтрофилам, базофилам. Лимфоидные клетки порождают естественных киллеров, Т-клетки, В-клетки и плазмоцитоидные дендритные клетки. Рисунок с сайта .

Рисунок 2. Обнаружение двунитевых разрывов в активированных ДР-ГСК. Вверху - неповрежденное ядро контрольной клетки, не прошедшей стресс-индуцируемую активацию. Внизу - ядро активированной клетки, окруженное «хвостом» из кусочков поврежденной ДНК. Рисунок из .

В норме ГСК, как ценное сокровище, спрятаны в костном мозге, внутри твердых костей. Они покоятся в особых нишах, в нежной соединительной ткани, богатой сосудами . Такая серьезная защищенность ГСК от воздействия внешних факторов неслучайна: спонтанное повреждение ДНК этих клеток может привести к онкологическим заболеваниям или попросту к истощению запаса клеток крови - постепенному старению кроветворной системы и даже острому дефициту клеток (цитопении).

Немецкие исследователи под руководством Майкла Мильсома и их коллеги из Швейцарии, Австралии и США выяснили, что повреждение ДНК гемопоэтических стволовых клеток крови случается во время активной стимуляции этих клеток к выходу из состояния покоя . Активация ДР-ГСК может стимулироваться спектром вырабатывающихся организмом веществ, которые напрямую не приводят к повреждению ДНК: интерферонами , гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором , тромбопоэтином . Толчком к активации ДР-ГСК может стать и острая потеря крови. В своих экспериментах ученые имитировали заражение организма вирусной инфекцией, вводя мышам смесь полиинозиновых-полицитидиновых кислот для стимуляции выброса интерферонов: ведь известно, что интерфероны выделяются клетками организма именно в ответ на вторжение вируса. Затем ДР-ГСК извлекали, помещали в агарозный гель, лизировали и проводили электрофорез (такое исследование называется «метод ДНК-комет »). Отрицательно заряженная ДНК при приложении напряжения направляется к положительно заряженному электроду. Если ДНК повреждена, ее кусочки отрываются от ядра и под действием электрического тока образуют в геле так называемый «хвост кометы» (рис. 2). Именно так ученые обнаружили множество одно- и двунитевых разрывов ДНК в извлеченных стволовых клетках. О повреждениях ДНК свидетельствовало также появление в ДР-ГСК промежуточных белков и модификаций гистонов , необходимых для процесса репарации ДНК , то есть починки ее поломок.

Пожалуй, один из самых неприятных результатов разрывов ДНК - это последующая ковалентная сшивка двух ее цепей . РНК-полимераза во время транскрипции и ДНК-полимераза во время репликации не могут преодолеть такие структуры, а для их репарации необходима так называемая система репарации анемии Фанкони .

Большинство типов репарации ДНК не обходится без участия белков системы репарации Фанкони. Однако если часть репарационного пути вышла из строя, то починка повреждений осуществляется с помощью других систем репарации. И только ковалентные сшивки между цепями ДНК не поддаются починке в отсутствие белков системы репарации Фанкони .

Рисунок 3. Белки репарационного пути Фанкони и их участие в репарации повреждений ДНК. Киназа ATR активирует белки репарации FANCI, FANCD2, FANCA и, возможно, FANCG. Ферменты USP1 и UAF1 удаляют убиквитин с белков FANCD2 и FANCI, подавляя репарацию. Деградация белка FANCM происходит после его фосфорилирования в период митоза с помощью киназы Plk1 и последующего убиквитинилирования . FANCE деградирует после фосфорилирования киназой Chk1. Рисунок из .

И действительно, ученые заметили повышенный уровень экспрессии генов FANС и обнаружили скопления этих белков в клетках ДР-ГСК во время их стресс-индуцируемой активации. Кроме того, у мышей, которым была внесена делеция в ген белка FANCA (Fanca −/− ) и, соответственно, нарушения структуры ДНК не могли быть ликвидированы, количество повреждений было существенно выше, чем в клетках животных с нормальной системой репарации.

На самом деле причина возникновения повреждений ДНК при стрессовой активации ДР-ГСК точно не известна. Зато известно, что одной из причин возникновения ковалентных сшивок двух соседних нуклеотидов в ДНК являются активные формы кислорода . Свободные радикалы, которые образуются в митохондриях , способны «сшивать» структурные единицы белков, жиров и ДНК . Существует даже теория, в рамках которой считается, что активные формы кислорода именно за счет внесения сшивок в молекулы провоцируют образование морщин и другие формы старения организма . Так или иначе, ученые обнаружили, что в активно пролиферирующих ДР-ГСК митохондриальный мембранный потенциал повышается по сравнению с клетками в состоянии покоя, а это может приводить к значительному увеличению количества активных форм кислорода.

При активации ДР-ГСК с поврежденной системой репарации не в живом организме, а в чашке Петри, ученые наблюдали быструю гибель уже второго поколения стволовых клеток. Также выяснилось, что если активация ДР-ГСК клеток происходит неоднократно, то почти у 80% мышей Fanca −/− наступает апластическая анемия , в то время как у мышей с нормальной системой репарации заболевание не возникает. Таким образом, без действующей системы репарации запасы ДР-ГСК костного мозга истощаются. Более того, ДР-ГСК здоровых мышей после стимуляции их делений имели сниженную способность к трансплантации и производили неполноценные миелоидные клетки в организме мышей-реципиентов.

В результате, ученые предложили следующую модель (рис. 3). Когда ДР-ГСК находятся в состоянии покоя и делятся редко, их энергетические запросы невелики. Поэтому митохондрии работают в обычном режиме, и образования активных форм кислорода не происходит. При инфекционных заболеваниях или потере крови пул клеток крови пополняется за счет активации ДР-ГСК. В этот момент в клетках усиливаются окислительные процессы, образуются свободные радикалы, которые могут приводить к повреждениям ДНК . Сама ДНК в этот период тоже находится в уязвимом состоянии из-за активных процессов репликации (удвоения ДНК, предшествующего делению клетки). Если репарация повреждений ДНК неэффективна, то клетки погибают. Или выживают, но несут мутации. В здоровом организме каждый раунд стресс-индуцируемой активации приводит к гибели/старению/накоплению мутаций в небольшом количестве ДР-ГСК. Однако на протяжении всей жизни подобная активация клеток случается многократно. Это может привести к тому, что запас ДР-ГСК истощится, и они больше не смогут эффективно производить новые клетки крови. А если системы репарации работают плохо (речь идет в основном о белках Фанкони), то пул ДР-ГСК истощается стремительно, что ведет к старению кроветворной системы и ее неспособности выполнять свои функции.