Группа исследователей из испанского Национального центра по исследованию рака и Национального сердечно-сосудистого центра в Мадриде перепрограммировала обычные клетки в стволовые прямо в организме лабораторной мыши. Подробности опубликованы в статье Nature, а краткий пересказ и отзывы других специалистов приведены в Nature news.
Для перепрограммирования клеток ученые подвергли мышей генетической модификации. В их ДНК была внедрена специальная последовательность, которая приводила к тому, что у животных наблюдалась повышенная активность четырех генов: Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc. Все эти гены ранее были изучены именно в контексте перепрограммирования клеток, но никто не выяснял то, что же получится при их активации прямо внутри живого организма. Внедренная исследователями в геном животного конструкция была устроена так, что мыши, получающие с едой небольшое количество антибиотика доксициклина, ничем не отличались от обычных, а отмена препарата активировала четыре гена.
Благодаря этому молекулярному переключателю (такие регулярно используют в разных биологических опытах) специалисты смогли в нужное им время инициировать массовую экспрессию генов и, за счет этого, перепрограммирование клеток. Результат для мышей оказался плачевный: в их организме образовалось слишком большое количество стволовых клеток, которые стали формировать опухоли.
Вскрытие показало, что во многих органах образовались группы неспециализированных клеток. Анализ показал, что они близки к эмбриональным клеткам и обладают свойством плюрипотентности, то есть способны превращаться в клетки многих других типов, а вовсе не являются клетками раковой опухоли (у которых нет возможности снова стать специализированными). Перепрограммированные клетки обнаружили в костном мозге и крови, а их проникновение в брюшную полость вызвало появление тератом: опухолей, которые можно упрощенно представить как развившиеся из гоноцита (стволовой клетки, продуцирующей сперматозоиды или яйцеклетки) дефектные эмбрионы. Тератомы зачастую формируют примитивные аналоги органов или даже подобие зародыша с конечностями и внутренними органами. Изучение тератом показало, что перепрограммированные клетки можно считать обладающими признаками тотипотентности, то есть они способны превращаться в любые другие клетки, а не только в клетки определенных тканей (как плюрипотентные стволовые клетки). Ученые подчеркнули, что вне организма получить тотипотетные клетки перепрограммированием не удавалось и в их статье обнаружение таких клеток охарактеризовано как «беспрецедентный случай».
Несмотря на то, что опухоли у мышей были несовместимы с жизнью, использованный учеными метод может оказаться полезным и для человека. По словам независимого эксперта Джорджа Дэли из Бостонской детской больницы, после доработки методики ее можно будет применять для регенерации поврежденных тканей и органов. Руководитель исследования, Мануэль Серрано, заявил, что пока ученые и не претендовали на демонстрацию готовой к переносу в клинику методики лечения: «Мы показали перепрограммирование, а теперь нам потребуется продемонстрировать регенерацию тканей».
Перепрограммирование клеток уже отмечено Нобелевской премией по физиологии и медицине. Оно считается перспективной методикой в силу двух причин: так как позволяет обойти этические ограничения на использование эмбрионального материала и поскольку стволовые клетки из собственной ткани получаются заведомо совместимы с пациентом.