Какой бы ни была причина потери клеток, нам постоянно нужно их возобновлять. Скажем, верхний клеточный слой кишечника полностью обновляется примерно раз в 4 дня, верхний слой кожи — каждые 10–30 дней, а эритроциты живут около 120 дней.
Другие части нашего тела остаются с нами дольше: лишь 10% скелета обновляется ежегодно, а некоторые клетки организма остаются с нами всю жизнь. Например, яйцеклетки у женщин или клетки хрусталика глаза. Но большинство клеток все же обновляются. К счастью, у нас есть особые клетки, специализирующиеся именно на этом процессе, — стволовые.
Для противодействия старению стволовые клетки очень важны, потому что они отвечают за процесс регенерации нашего организма. Важно поддерживать тело в хорошем состоянии, но еще важнее восстановить его после травм. Но, как и все регенеративные механизмы нашего тела, стволовые клетки не всегда работают на 100%. С возрастом они всё хуже справляются со своей задачей. Клетки словно устают. Из-за этого с возрастом количество клеток иммунной системы уменьшается и мы медленнее восстанавливаемся после травм.
Есть два способа решения этой проблемы. Первый — заменить стволовые клетки на новые. Особенно эффективен этот метод, если с возрастом в нашем теле возникают повреждения, которые сложно полностью исправить. Второй способ — «вылечить» стволовые клетки и заставить их работать как в молодости.
Стволовые клетки с целительными свойствами
Мезенхимальные стволовые клетки — это особая группа стволовых клеток, производящая другие клетки: клетки костей, мышц, связок и жира.
Во время эксперимента на мышах ученые пересадили пожилым особям стволовые клетки молодых мышей. В первую очередь ученых интересовало, можно ли с помощью стволовых клеток получить новые костные ткани (идея состоит в том, чтобы использовать стволовые клетки для лечения остеопороза). Во время эксперимента выяснилось, что благодаря пересадке пожилые мыши прожили дольше обычного.
У подобного лечения — большие перспективы для людей. Некоторые пластические хирурги уже используют мезенхимальные стволовые клетки для восстановления после солнечных ожогов, некоторые клиники предлагают лечение различных спортивных травм с помощью этих клеток.
Как было бы здорово, если бы мы смогли самостоятельно создавать себе запасные части!
Серьезно обожглись? Делаете себе новую кожу. Вам нужна новая печень? Придется немного подождать, но она уже в пути. Нет руки? Вот, пожалуйста!
Если мы планируем жить дольше, нам наверняка понадобится нечто подобное. И хотя звучит это как научная фантастика, на данный момент проводится много исследований в этом ключе. В лабораториях по всему миру ученые пытаются создать различные органы, ткани и клетки человеческого тела. Весь секрет в стволовых клетках.
Используемые учеными стволовые клетки, как правило, возникают на самых ранних этапах развития человека. Все начинается со сперматозоида и яйцеклетки, которые сливаются в зиготу. В этот момент все наши клетки — плюрипотентные стволовые клетки. «Плюрипотентные» означает, что они могут стать любыми клетками организма. По мере развития организма плюрипотентные клетки получают дифференциацию: какие-то станут глазами, какие-то — сердцем, а какие-то — частью вашего мизинца.
Это как кот залезает на огромное дерево. Он начинает со ствола, а с него может попасть на любую ветку. И вот он добирается до первого разветвления и переходит на новую ветку. Однако он не может параллельно залезть на остальные. То же самое происходит и на следующем разветвлении — и так до самого кончика ветки.
Таким же образом и наши первые стволовые клетки развиваются от недифференцированной зиготы до все более и более специализированных клеток. Это очень умная система, и пока ничто не мешает нам воссоздать ее искусственно. Если мы узнаем, благодаря чему стволовые клетки становятся той или иной конкретной клеткой, мы сможем повторить этот процесс в лаборатории.
В двух словах: идея в том, чтобы взять плюрипотентные стволовые клетки и повторить все то, что проходит клетка, прежде чем приобретает свою специфичность, например становится клеткой кожи для пациента с ожогом. Исследования направлены на то, чтобы через пару десятилетий ученые смогли создавать из стволовых клеток именно те клетки, которые им нужны. Разумеется, работать со стволовыми клетками крайне непросто: помимо того что сложен сам процесс получения таких клеток, постоянно возникают еще две проблемы.
Во-первых, проблема с иммунитетом: стволовые клетки нам не принадлежат, поэтому иммунная система начинает нападать на них. Такова ситуация, например, с трансплантацией почек, когда тело отвергает новый орган.
Во-вторых, этическая проблема: плюрипотентные стволовые клетки нужно откуда-то брать. Обычно их берут из эмбрионов, которые остаются от искусственного оплодотворения. И возникает дискуссия, аналогичная дискуссии про аборты: использование этих клеток ради науки — убийство или нет?
На самом деле решение этих проблем уже найдено. В 2012 году японец Синья Яманака получил Нобелевскую премию по медицине за открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Эти клетки получаются из других клеток, и они, в свою очередь, могут сделать плюрипотентными другие клетки.
Когда-то ученые считали, что развитие клеток невозможно повернуть вспять, так же как кот не может слезть с нашего гипотетического дерева. Клетка не может передумать и изменить свое решение о специализации. Однако Яманака со своей командой доказали обратное. Добавляя четыре фактора, получившие название «факторы Яманаки», можно превратить полностью дифференцированную клетку, например клетку кожи, снова в плюрипотентную.
Так мы избежим обеих крупных проблем. Исследователи используют собственные клетки пациентов — никакой этической дилеммы! А так как новые ткани сделаны из клеток самого пациента, а не другого человека, иммунная система реагировать не будет.
* * *
С помощью факторов Яманаки дифференциация клеток «обнуляется». И некоторые ученые задались вопросом: значит ли это, что можно обнулить или повернуть вспять биологические часы?
Первые результаты исследований показывают, что это вполне вероятно. Биологический возраст индуцированных плюрипотентных клеток (определяемый с помощью эпигенетических часов, о которых мы говорили ранее) соответствует возрасту стволовых клеток эмбриона. Другими словами, можно взять стволовые клетки пожилого человека, применить к ним четыре фактора Яманаки и развернуть их развитие, при этом их биологический возраст станет таким же, как у зародыша. Мы почти вплотную приблизились к медузе Turritopsis, которая стареет вспять. По крайней мере, на данный момент это лучшее, чего нам удалось добиться.
Ученые сразу же начали изучать, возможно ли применить эту методику для всего организма. Если биологические часы можно развернуть в некоторых клетках пожилого человека, что произойдет, если сделать это со всеми клетками? Помолодеет ли человек?
Чтобы продвинуться дальше в этом мыслительном эксперименте, нужно верить в запрограммированное старение. В то, что наш организм стареет по некой программе, развивающейся в процессе нашей жизни, и факторы Яманаки могут отыграть эту программу обратно.
