Наш организм постоянно поддерживает баланс образующихся и умирающих клеток. При этом появление новых клеток и их дальнейшие превращения хотя и хорошо изучены, но мало поддаются управляемому контролю. В ходе этого процесса из одной клетки-предшественницы зачастую могут образовываться сотни тысяч и миллионы потомков. И если в эмбриональном развитии это в порядке вещей, то во взрослом организме отнюдь не все клетки сохраняют такую уникальную способность.
Самое разветвленное и многочисленное потомство во взрослом организме ежедневно образуется в результате гематопоэза — образования всех клеток крови, который постоянно протекает в нашем организме в красном костном мозге. Именно для него впервые был предложен в начале ХХ века термин «стволовой клетки», и хотя его автор, петербуржский гистолог Александр Максимов не обладал современными методами микроскопии, тканевой инженерии, геномики и протеомики, эта всего лишь хорошо выстроенная гипотеза затем подтвердилась практически во всех своих деталях.
Позже теория многократно уточнялась и усложнялась, обрастала все новыми подробностями, но идея осталась прежней — в костном мозге есть клетки-предшественники, способные при делении дифференцироваться во все клетки крови, а также поддерживать свою собственную популяцию. В современной литературе этих «прабабушек» всех клеток называют гематопоэтическими стволовыми клетками – ГСК (hematopoietic stem cells – HSC).
Для их потомков было открыто свойство пластичности – способности передифференцироваться в другие клеточные элементы, а также их ключевая роль в формировании сосудов. Это дало надежду ученым в борьбе с ишемическими инфарктами и инсультами, что и по сей день остается одним из актуальнейших направлений для исследований.
На заре иммунологии считалось, что эти клетки располагаются исключительно в костном мозге, что позволило лечить тяжелейшие опухоли кроветворной системы и дефицит образования крови с помощью пересадки костного мозга.
Следующим этапом стала идентификация клеток-предшественников как в костном мозге, так и в крови, пусть и на более позднем этапе развития. Здесь на помощь классической гистологии пришли современные методы типирования клеток, основанные на высокоспецифичном связывании меченых антител с молекулами на поверхности клеток. Эти различающиеся молекулы получили название кластеры дифференцировки (CD), и с их помощью сейчас описывают фенотип любой клетки крови, указывая, присутствует или отсутствует та или иная молекула. Например, CD34+CD14- — фенотип моноцита, вступившего на путь дальнейших превращений.
Современные приборы, подобные проточному цитометру, позволяют оценивать количество клеток того или иного типа в потоке крови. Более того, их можно даже сортировать, выделяя нужные для дальнейшей работы (или трансплантации) клетки. Инструмент работает наподобие электронной трубки телевизора, отклоняющей пучок электронов с помощью разности потенциалов пластин. Только в данном случае в качестве электронов выступают клетки, и прибор управляет не пучком, а отдельными капельками.
В результате десятилетий подобной рутинной работы в сотнях лабораторий по всему миру были обнаружены и типированы клетки на различных стадиях развития, располагающиеся в разных тканях.
Клетки-предшественники на ранних стадиях дифференцировки имеются и в пуповинной крови.
Это послужило толчком для развития гемабанков, консервирующих клетки пуповинной крови, которые в дальнейшем, через 10-20 лет, можно использовать для трансплантации, восстанавливая не только кроветворение, но и повреждения других органов и тканей. В данном случае снимается не только проблема иммуносовместимости, поскольку в качестве донора выступает сам пациент, но и биоэтические вопросы источника клеток, ведь альтернатива – эмбриональные и фетальные стволовые клетки — в большинстве стран запрещены для использования.
На самом деле, в крови взрослого человека тоже есть стволовые клетки — правда, в гораздо меньшем количестве. Их можно «мобилизовать» из костного мозга с помощью различных медицинских препаратов, но после подобной мобилизации стволовые клетки нужно выделять и активировать, ведь в кровь из костного мозга они попадают в «спящем» состоянии (фазе клеточного цикла G0), не обладая способностью встраиваться в поврежденные органы и ткани.
На этот раз станфордские специалисты под руководством Равиндры Манджети не просто «выловили» прабабушку всех клеток из пуповинной крови, но и установили три варианта её развития.
Фракция Lin−CD34+CD38−CD90+ считалась группой клеток-предшественников. Ученые разделили её на три субпопуляции, показав ключевую роль одной из них в гематопоэзе. А для другой (Lin−CD34+CD38−CD90−CD45RA−), что важнее – мультипотентность – способность превращаться практически во все типы клеток нашего организма.
Именно за последней и «ведут охоту» специалисты, занимающиеся регенеративной медициной.
Правда, на ближайшее клиническое применение пока рассчитывать не приходится, и даже не потому, что таких клеток очень мало. Выделение с помощью присоединения антител – положительная селекция, которая неминуемо приводит к активации клеток и влияет на дальнейший путь их развития, что не стоит сочетать с пересадкой людям.
Остается надеяться, что им удастся проследить судьбу этих клеток в развивающемся организме. И, быть может, научиться выделять подобные популяции, но уже из крови взрослого человека.