Цивилизация
Технология индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), за открытие которой японский ученый Синья Яманака в 2012 году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине, сегодня остается самой востребованной для целей клеточной медицины. Она дает возможность из специализированных клеток взрослого организма (чаще всего из фибробластов кожи) получать плюрипотентные клетки, наделенные возможностями развиваться в клетки разных тканей и органов. Для этого в них нужно внедрить четыре гена, которые обычно работают в эмбриональных стволовых клетках.
Эти гены перепрограммируют клеточный геном, возвращая клетку в эмбриональную стадию, когда перед ней было открыто множество путей развития.
Технология отработана, но у нее есть недостатки: она довольно медленна и неэффективна для того, чтобы ее можно было использовать в практической медицине. О радикальном ее совершенствовании ученые из Израиля под руководством доктора Якуба Ханна, Вейцманновский институт науки , город Реховот, написали в журнале Nature .
Они совершили настоящий прорыв в технологии, повысив ее эффективность с 1% или менее до 100%.
То есть добились того, что все исходные фибробласты стали превращаться в ИПСК. Этот прорыв чрезвычайно важен как для целей медицины, так и для лучшего понимания самого процесса перепрограммирования.
До сего времени перепрограммирование зрелых фибробластов в стволовые клетки занимало свыше четырех недель. Сложность состоит еще и в том, что этот процесс происходит несинхронно в разных клетках. Наконец, выход конечного продукта, то есть ИПСК, которые по биохимическим показателям не отличаются от эмбриональных стволовых клеток, не превышает 1%.
Ученые задались целью найти основное препятствие, которое не дает большинству клеток перестроить программу развития под воздействием эмбриональных генов.
В предыдущем исследовании Ханна применил математическую модель, с помощью которой показал, что, возможно, это препятствие всего лишь одно.
Этот математический результат потребовал биологической проверки, которую и удалось осуществить в нынешнем исследовании. Проверка удалась. Препятствие выявили и устранили, и процесс перепрограммирования клеток кардинально улучшился.
Причина, не дающая клеткам эффективно менять свою судьбу, оказалась в одном белке под названием MBD3. До сих пор ученые не знали его функций, хотя белок привлекал внимание тем, что присутствует в любой клетке на любой стадии ее развития. Это довольно редкое обстоятельство, так как большинство белков специализированы для определенных типов клеток и работают в определенное время, выполняя определенные функции.
Как выяснили исследователи, единственное время, когда белка MBD3 нет в клетке, это первые три дня после оплодотворения.
То есть самые первые дни развития зиготы, когда она начинает делиться, образуя шарик — бластулу, которая как раз и образована эмбриональными стволовыми клетками, которые в дальнейшем превращаются в клетки разных тканей. Уже начиная с четвертого дня в клетках появляется белок MBD3, и они постепенно утрачивают плюрипотентность, их развитие направляется по тому или иному пути. В дальнейшем клетки образуют три зародышевых листка — эктодерму, эндодерму и мезодерму.
Биологи предположили, что именно белок MBD3 противостоит плюрипотентности.
Они удалили его из клеток, и скорость и эффективность их перепрограммирования повысились в разы.
Необходимое для этого время сократилось с четырех недель до восьми дней. Клетки начали испытывать превращение синхронно. И его эффективность приблизилась к 100%. «Чтобы эффективно получать эмбриональные стволовые клетки, надо было научиться делать это у природы, — замечает Якуб Ханна. — Как бы то ни было, природа делает это наилучшим образом».