Огромного труда стоило двум научным группам из Китая "зачать", вырастить и размножить животное без помощи клонирования и даже без разрушения эмбрионов. В ход впервой пошли необычные стволовые клетки. Результат пока, прямо скажем, средний. И всё же это неоспоримый прорыв в биологии, генетике и медицине.
Итак, на данный момент научный мир знает: при приложении подабающих усилий можно не только вытащить рыбку из
Огромного труда стоило двум научным группам из Китая "зачать", вырастить и размножить животное без помощи клонирования и даже без разрушения эмбрионов. В ход впервой пошли необычные стволовые клетки. Результат пока, прямо скажем, средний. И всё же это неоспоримый прорыв в биологии, генетике и медицине.
Итак, на данный момент научный мир знает: при приложении подабающих усилий можно не только вытащить рыбку из пруда, ну и вырастить истинное животное из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-cells).
Поясним, что это за зверь. iPS-клетки — разновидность "взрослых" стволовых клеток. Индуцированными их называют потому, что клетки эти заставили притворяться эмбриональными стволовыми (ЭСК), искусственно включив экспрессию определённых генов, а плюрипотентными — так как они могут преобразовываться в клетки хоть какой ткани будущего организма.
iPS-клетки можно считать искусственно изготовленной этической заменой обыденным ЭСК, которые можно заполучить, только разрушив эмбрион. Они были изготовлены в 2006 году группой доктора Синя Яманака (Shinya Yamanaka) из института Киото.
Это открытие показало, что (пусть пока только в теории) человека можно лечить его своими клетками, выращивая из индуцированных плюрипотентных отдельные ткани и даже целые органы.
Исцеление больной мыши с помощью её же клеток, перепрограммированных
в iPS-клетки, можно было бы выполнить по следующей схеме (иллюстрация Tom DiCesare).
С самого начала было ясно, что вроде бы есть у iPS-клеток возможность вырасти и в истинное здоровое млекопитающее (так же как и у эмбриональных стволовых клеток). Но никому ранее не удавалось это сделать.
Учёные многих стран долгое время тренировались на мышах. Две последние публикации в журналах Nature и Cell Stem Cell свидетельствуют о том, что им это в конце концов удалось.
1-ое масштабное достижение было получено группой экспертов под управлением Ци Чжоу (Qi Zhou) из Института зоологии Китайской академии (Institute of Zoology Chinese Academy of Sciences) и Фани Цзэн (Fanyi Zeng) из института Цзяо Туна в Шанхае (Shanghai Jiao Tong University). Ранее они клонировали животных, на данный момент же решили заняться теми индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.
Внедрение подходящих генов с помощью ретровируса превращает обыденную
клетку в плюрипотентную (иллюстрация с сайта biotechprimerblog.com).
Они, так же как и Яманака, использовали вирусные векторы, чтобы "приклеить" к фибробластам – клеткам соединительной ткани мышей – четыре гена и перепрограммировать их таким образом в плюрипотентные. Фибробласты были получены от эмбрионов на поздней стадии развития.
Для того чтобы отыскать, что же они в конечном итоге получили, китайцы сначала провели главные тесты, позволяющие сравнить iPS-клетки с эмбриональными аналогами (определялось наличие особых поверхностных маркеров).
Схема, иллюстрирующая проведённую работу (иллюстрация Janet Rossant/Nature).
Следующим шагом было создание тетраплоидного эмбриона (для этого учёные "смешали" две клетки оплодотворённого эмбриона, находящегося на ранней стадии развития).
Эта "оболочка" является собственного рода колыбелью для будущего организма, из неё развивается плацента и некоторые другие принципные клетки. Но для появления практически тела необходимы клетки эмбриональные. По другому тетраплоидный эмбрион всё равно что машина без водителя, приводит сравнение Nature.
Далее в эмбрион с 4-мя наборами хромосом были имплантированы iPS-клетки (как мы уже знаем, являющиеся искусственной заменой эмбриональным). Они запустили процесс развития. После всех этих манипуляций плод вживили суррогатной матери, а спустя 20 дней родился мышонок.
Уже по внешним данным было ясно, что новорождённое животное (чёрный цвет шерсти) носит гены мыши, от которой были получены индуцированные плюрипотентные клетки (тоже чёрный окрас), а не той, из клеток которой были получены тетраплоидные эмбрионы (белый окрас).
Профили экспрессии плюрипотентных маркеров некоторых генов, обретенные при помощи микроанализа (иллюстрация Nature).
Но для полной уверенности были проведены ДНК-тесты, подтвердившие, что мышонок по имени Сяо-Сяо (Xiao Xiao), или "малюсенький", вырос непосредственно из iPS-клеток (среди всех отпрысков большая схожесть с "родителем" составила около 95%).
Эксперт по клонированию Рудольф Джаниш (Rudolf Jaenisch) из MIT ведает, что он и его коллеги пробовали сделать похожий опыт в 2007 году. Но они смогли сделать только эмбрионы на поздней стадии развития.
"У меня два объяснения, почему мы не добились успеха. 1-ое — iPS-клетки не являются плюрипотентными. 2-ое — мы просто-напросто плохо старались. И сейчас я всё больше склоняюсь ко второму варианту", — говорит Джаниш.
Китайцы оказались трудолюбивее. Они выполнили большой объём работ: до того как получить первого "перепрограммированного" мышонка, им пришлось проанализировать 250 эмбрионов.
Кариотипический анализ iPS-клеток показал, что примерно у 75% из их, как и положено,
по 40 хромосом. Учёным приходилось пересчитывать около сотки составляющих для каждого
образца индуцированных плюрипотентных клеток (фото Nature).
К моменту выхода статьи у учёных было 27 новых животных. Зоологи перепробовали массу вариантов различных черт, но "рецептом" с самым лучшим выходом оказался тот, что дал 22 живых мышонка из 624 внедрённых эмбрионов. Таким образом, толика успешных попыток составила 3,5% (а это сравнимо с выходом обыденных линий ЭСК!).
Достижение имеет безусловную научную ценность, но ещё есть к чему стремиться. Цзэн подчёркивает, что по-прежнему высок уровень смертности и физических недостатков среди животных. Многие новорожденные погибли в 1-ые два дня, неограниченное количество родились с отклонениями в развитии (эти детали в статье отсутствуют, но появятся в следующей публикации).
Иерархия стволовых клеток: сначала тотипотентная клетка становится плюрипотентной, позднее мультипотентной и, в конце концов,
дифференцируется в клетку определённой ткани. Учёные пробуют развернуть этот процесс
в обратную сторону (иллюстрация с сайта biocell.com.au).
Вобщем, не всё так и плохо. 12 из 27 выживших мышат спарились и дали стопроцентно здоровое потомство. Сейчас у первой группы китайских учёных несколько сотен мышей второго поколения и около сотки третьего. Ни у одной особи не были обнаружены какие-либо опухоли (хотя повторяющихся проверок зоологи не проводили).
На данный момент о 2-ой группе учёных из Муниципального института био наук в Пекине (National Institute of Biological Sciences — NIBS). Они тоже преуспели в выращивании мышей из iPS-клеток. Управлял исследованием доктор Шаожун Гао (Shaorong Gao).
Исследователи использовали практически такую же технологию, что и предыдущая группа. Только объёмы у их были еще меньше: они перенесли индуцированные плюрипотентные клетки в 187 тетраплоидных эмбрионов. Из их родились всего двое мышат, один из которых умер в детстве. Таким образом, эффективность процедуры составила 1,1%, ну и это тоже успех.
"Шансы заполучить работающую линию клеток невелики, но мы очень старались", — комментирует Гао. Сейчас учёные пробуют подобрать оставшейся в живых мышке пару, чтобы получить потомство.
Яманака тоже продолжает свои исследования. Не так издавна он и его коллеги получили индуцированные плюрипотентные
стволовые клетки без использования вирусов (фото с сайта blogbus.com).
В дальнейшем оба коллектива рассчитывают понять, в чём же всё-таки принципиальная разница меж iPS-клетками и эмбриональными стволовыми клетками мышей.
То, что разница есть, никто уже не колеблется. Не так издавна команда исследователей из института Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) отыскала, что iPS и ЭСК различаются экспрессией генов. "Только мы пока не можем сказать, что работает лучше – настоящие эмбриональные стволовые клетки или их перепрограммированные собратья", — ведает один из создателей работы Кэтрин Плат (Kathrin Plath).
Уже сейчас Чжоу и Цзэн могут сказать, что практически все определяется временем. Так, колонии индуцированных плюрипотентных клеток, обретенные в течение первых 14 дней, еще больше производительны (по количеству родившихся из их мышат), нежели те, чей "возраст" уже перевалил за 20 или даже 36 дней.
Если учёным получится разобраться, то, может быть, и небольшой выход, и высшую смертность, и неограниченное количество физических отклонений можно будет преодолеть. Не считая того, обретенные данные можно будет "перенести" и на человека, что позволит понять различия в наших клетках.
Отметим, что несмотря ни на что полностью ретранслировать работу на человека не получится. Хотя бы в силу того, что нереально сделать его тетраплоидный эмбрион. Это также означает, что и о клинических испытаниях индуцированных плюрипотентных клеток (в качестве замены многообещающим ЭСК) пока говорить рано.
Если даже испытать выполнить такой же процесс с людьми (что опять же неэтично), то в конечном итоге всё равно
получится не тот человек, клетки которого сначала взяли для перепрограммирования (фото с сайта msn.com).
"Для нас все эти данные – только модель, показывающая возможности перепрограммирования клеток. Мы не рассматриваем нашу нынешнюю работу как первую ступень на пути сотворения из iPS-клеток человека", — говорит Чжоу.
Среди других планов генетиков: доказать, что существует возможность сделать здоровое животное из клеток взрослой мыши (напомним, в данных работах использовались клетки, обретенные от эмбрионов на последней стадии развития).
Рядовая схема клонирования животного на примере овечки Долли. Донором ядра была взрослая клетка, взятая из молочной железы
одной овцы (справа). Ядро при помощи электрического импульса смешали с яйцеклеткой с удалённым ядром от
другой особи (слева). Ооцит пересадили суррогатной матери, из него развилась
Долли, клон донора ядра (иллюстрация с сайта allthingsstemcell.com).
А ещё Чжоу и Цзэн хотят сравнить "перепрограммированных" мышек с клонированными (выращенными классическими методами). Учёные считают, такой обходной метод позволит получить полностью похожих клонов с минимальным количеством отклонений.
Похожие статьи:
