Наука против смертельных болезней: Рак, СПИД / ВИЧ, Диабет, Инсульт, Старение

Инсулин продуцирующие участки поджелудочной железы, выращенные у генетически модифицированных животных, излечивают диабет у животных других видов, что представляется перспективным для лечения диабета человека путем выращивания человеческой поджелудочной железы у химерных животных

В январе 2017 г. исследователи из Стэндфордского медицинского центра, Калифорния, США и Университета Токио в Японии опубликовали результаты исследований того, как ведут себя продуцирующие инсулин участки поджелудочной железы, выращенные в крысах, если их пересадить мышам, болеющим экспериментальным диабетом 1 типа. То, что они получили, имеет неоценимую научную и практическую ценность для будущего медицины.

Диабет 1 типа – это опасное и неизлечимое в настоящее время эндокринное заболевание. Участки поджелудочной железы, в норме вырабатывающие инсулин, у больных людей инсулин не производят. Если в организме нет инсулина, то сахар крови повышается настолько, что это быстро приводит к таким серьезным осложнениям как инсульты, болезни сердца, отказ функции почек и потеря зрения. Такие больные нуждаются во введении инсулина в виде инъекций ежедневно и пожизненно.

Ученые-медики уже многие годы пытаются проводить трансплантацию или пересадку здоровых участков поджелудочной железы от доноров к больным людям, чтобы вылечить диабет. Однако эти манипуляции не всегда заканчиваются успехом из-за отторжения организмом человека чужих тканей, даже если пересадка происходит от человека к человеку.

Теоретически существует и другое направление добиться излечения диабета – это вырастить искусственную поджелудочную железу в лаборатории из исходных так называемых стволовых клеток человека. Однако такие органы “в пробирке” по многим причинам не растут.

Ученые, о которых мы пишем, начали еще начале 2000 годов с того, что стали выращивать поджелудочную железу крысы в мышах, у которых была искусственно изменена наследственность таким образом, что у них не развивалась поджелудочная железа. Таких животных обозначают Pdx1(-/-) (неспособные развивать панкреас), иначе говоря, экспериментальные мыши с врожденным дефектом – отсутствием поджелудочной железы. Конечно, такие мыши могут жить только в лаборатории, когда им постоянно вводят инсулин, и таких мышек, конечно же, немного жалко. Этим мышам на стадии раннего зародыша – бластоцисты – вводили так называемые плюрипотентные стволовые клетки крыс. Это разновидность стволовых клеток, о которых сейчас много пишут. Плюрипотентные стволовые клетки отличаются способностью к превращению в любые другие клетки тканей организма. Из таких клеток могут развиваться даже целые органы. В таких экспериментах ученым удалось вырастить у мышей поджелудочную железу крыс, которая нормально вырабатывала инсулин и фактически давала здоровую жизнь мышам, которые должны были страдать врожденным диабетом. Результаты этого исследования были опубликованы в 2010 г. Однако, тогда не удалось успешно пересадить химерную поджелудочную железу обратно к экспериментальной крысе, чтобы вылечить ее от диабета. Причина была в том, что у мыши развивалась поджелудочная железа небольшого мышиного размера, и она не подходила крысам по размерам. Так, по крайней мере, решили ученые и не ошиблись.

В последующие годы исследовали повторили эксперимент, но поменяли местами крыс и мышей. Они подобным же образом вырастили поджелудочную железу мыши в Pdx-1 крысах. После этого мышам, у которых был искусственно вызван диабет, пересаживали поджелудочную железу от химерных крыс. Чтобы не наступило отторжения пересаженных тканей чужого организма, тем более принадлежащего к другому виду, мышам в течение 5 дней вводили иммунодепрессанты. Крысиная поджелудочная железа приживалась и мыши становились здоровыми практически на всю жизнь. Удивительно оказалось то, что когда ученые исследовали поджелудочную железу у этих мышей через год, они выяснили, что в ней нет клеток крыс. Вероятно все крысиные клетки были уничтожены иммунной защитной системой мышей как чужеродные. Однако это, судя по всему, происходило постепенно в процессе функционирования поджелудочной железы мыши, которая продолжала вырабатывать инсулин. В конце 2016 г. эксперимент был закончен. Чтобы убедиться в достоверности выводов, исследователи сделали 100 повторов на сотне крыс и мышей.

Таким образом, ученые доказали, что поджелудочную железу для человека можно выращивать и в других видах животных, например, в свиньях. Части поджелудочной железы такой химерной свиньи можно будет пересадить человеку, у которого не происходит выработки собственного инсулина, и у такого человека постепенно образуется нормально работающая поджелудочная железа, а клетки свиньи заменятся на свои человеческие клетки.

Вы спросите «А когда это произойдет?» Мы будем отслеживать как будут дальше развиваться события в передовой мировой медицине и опубликуем это на нашем Сайте. Смотрите продолжение на страницах Стволовые клетки и Химерные животные; эти страницы скоро появятся на Сайте.

Хендрике Ван Андель-Шиппер было 115 лет, когда она умерла в 2005 г. Результаты исследования ее тела свидетельствуют в пользу того, что жизнь человека продолжается долго, если у него нет смертельных болезней и не возникает вредных мутаций, и заканчивается, когда исчезают последние стволовые клетки в кроветворных органах.

Когда женщина с рекордным возрастом завещала свое тело после смерти в качестве объекта научных исследований, это был самый большой подарок ученым, которые занимаются вопросами долголетия.  Эта женщина не просила денег; единственным ее условием было упоминание ее имени при публикациях результатов исследований.  Мы также упомянем ее имя на ее родном языке – Hendrikje Van Andel-Schipper.  Ученые Медицинского центра  Университета Амстердама,  Нидерланды использовали ее тело в своих исследованиях, чтобы выяснить, почему некоторые люди живут долго.  Последняя публикация была посвящена мутациям в генах клеток крови этой уважаемой дамы с применением полной расшифровки генома белых клеток крови – лейкоцитов.

Исследователи нашли, что клетки крови женщины имели более 400 мутаций, то есть поломок генетического кода, унаследованных от родителей и возникших в течение жизни.  Тем не менее, все эти мутации произошли в той части наследственного кода, который не связан ни с одной известной болезнью.   Андель-Шиппер была здорова до самой смерти и не имела признаков болезни или старческого слабоумия.  Как сказали ученые, она была экстремально старой и «просто здоровой».

Клетки крови человека постоянно восполняются за счет деления так называемых стволовых клеток красного кровяного мозга, который находится в губчатых костях.  Каждый из нас начинает свою жизнь с примерно 20 000 этих клеток, из которых  1300 являются «активными».  Они делятся, чтобы затем дать начало клеткам крови нескольких типов. Когда исследователи изучали клетки крови Андель-Шиппер по признакам имеющихся мутаций, они обнаружили, что в момент смерти все ее клетки крови были потомками только двух активных стволовых клеток.

Обычно мутации (поломки) в наследственной информации клеток возникают в момент их деления.  Науке известны мутации, связанные с заболеваниями, например раковыми опухолями, но о мутациях у здорового человека, которые не приводят к болезням, почти ничего не известно.  Поэтому наиболее примечательным оказалось то, что у Андель-Шиппер в течение жизни накопилось много мутаций, но ни одна из них не была связана с болезнью, то есть все ее мутации были безразличными по отношению к состоянию здоровья.  Возможно, это и есть одно из обязательных условий долгой жизни.

Еще один вывод, который был сделан по результатам изучения тела Андель-Шиппер, заключается в том, что долголетие человека, очевидно, также определяется временем присутствия в его организме активных стволовых клеток крови, готовых к размножению, число которых постоянно сокращается в течение жизни и постепенно истощается до единичных клеток к моменту смерти.  Отсюда возникло предположение, что можно будет продлить жизнь, подсаживая пожилому человеку его  стволовые клетки, взятые у него в молодости и соответствующим образом законсервированные.  Эта научная гипотеза требует дальнейших исследований и подтверждений.

В нескольких лабораториях по всему миру ученые предпринимают попытки вырастить человеческий орган из нескольких клеток. Одно из наиболее востребованных направлений таких исследований – получить искусственно выращенную поджелудочную железу, точнее ту ее часть, которая отвечает за выработку инсулина. Цель – помочь людям, страдающим диабетом 1-го типа, у которых не вырабатывается собственный инсулин из-за врожденной или приобретенной недееспособности особых клеток, так называемых β-клеток, располагающихся в поджелудочной железе в виде скоплений, называемых островками Лангерганса.

Судя по публикациям, в начале этого года стало ясно, что исследователи достигли определенных успехов в направлении выращивания колоний β-клеток, которые начинают вырабатывать инсулин, необходимый организму человека.

Оказалось, что для того, чтобы долго сохранять жизнеспособность и выделять достаточное количество инсулина, клетки должны находиться в непосредственном контакте друг с другом. Чтобы обеспечить это, исследователи в Университете штата Колорадо в г. Боулдер и Университете Индианы в г. Индианаполис в 2012 г. создали методом фотолитографии микроскопические соты из полиэтиленгликоля. На этой основе в питательной среде β-клетки расли в виде трехмерной древовидной колонии, в которой клетки контактируют с соседними. Оказалось, что такая колония клеток живет в лаборатории намного дольше, чем обычная культура клеток с хаотичным однослойным расположением, и выделяет больше инсулина. Исследователи полагают, что такая структурированная колония β-клеток лучше подходит для пересадки ее в организм человека.

Такой эксперимент по получению искусственной колонии β-клеток через год был повторен в другой лаборатории университета Копенгагена. По данным исследователей, β-клетки были получены из клеток предшественниц — стволовых клеток. К сожалению, научная статья, опубликованная учеными из Копенгагена недоступна в интернете, поэтому неизвестно, какие именно клетки использовались для получения в качестве предшественниц β-клеток. Тем не менее в 2010 г. были опубликованы результаты другого замечательного эксперимента, когда β-клетки были получены из сперматогониальных стволовых клеток из яичка умершего мужчины. Из 1 грамма тестикулов было получено около миллиона стволовых клеток. Эти клетки были подсажены под кожу на спине лабораторных иммунодефицитных мышей с врожденным диабетом. У таких мышей снижался сахар крови, так как сперматогониальные клетки-предшественницы размножились и преобразовались в β-клетки, которые начали выделять достаточное количество инсулина, чтобы избавить экспериментальных мышей от гипергликемии, то есть повышенного содержания сахара в крови.

Очевидно, что в ближайшие годы, если развитию мировой науки не помешают геополитические проблемы, мы сможем стать свидетелями получения искусственной поджелудочной железы, которую хирурги смогут поместить в организм человека, больного диабетом, чтобы облегчить его состояние, или даже вылечить от этой болезни наиболее естественным и физиологическим способом.

Лечение многих болезней невозможно представить без переливаний крови, которая превращается из спасителя в убийцу, если провоцирует иммунологическую несовместимость или несет в себе вирусы, например ВИЧ инфекцию.  2011 год войдет в историю прогресса медицины, поскольку только что успешно завершились эксперименты по первому переливанию человеку-добровольцу искусственной крови, которая получена не от донора, а выращена в лаборатории из стволовых клеток костного мозга. Люк Доу в Университете Пьера и Марии Кюри в Париже вместе со своими коллегами культивировали в лаборатории кроветворные стволовые клетки в коктейле из ростовых факторов и получили зрелые клетки крови – эритроциты, которые не отличались от обычных эритроцитов живого человека. Необходимо было доказать, что искусственные эритроциты будут вести себя в организме человека так же, как обычные клетки крови.  Добровольцу были введены 10 миллиардов меченных эритроцитов, выращенных в лаборатории из его же стволовых клеток.  Это около 2-х миллилитров крови.  Через пять дней 94-100 % искусственных эритроцитов оставались циркулировать в русле крови.  Через 26 дней осталось 41-63 %, что соответствовало сроку жизни обычных эритроцитов.  Выращенные в лаборатории кровяные клетки также продемонстрировали свойства, присущие обычным эритроцитам – они оказались безопасными и прекрасно выполняли свою роль по переносу кислорода из легких в ткани организма.

Этот удачный эксперимент оказался огромным шагом вперед не только по созданию по-настоящему полноценной искусственной крови. Он несет в общество удивительную и очень простую мысль о том, что живые клетки, искусственно созданные в лаборатории на основе истинных научных знаний не являются чем-то потусторонним и дьявольским. Они спасут огромное число людей в будущем и продлят жизнь многим поколениям.

История создания кровезаменителей полна разочарований. Неоднократно ученые отказывались от очередной версии искусственной крови или по соображениям безопасности, или из-за ее неэффективности. Созданное природой вещество гемоглобин, способное присоединять и переносить кислород, оказалось уникальным по своим химическим свойствам. Однако чистый гемоглобин, не связанный клеточной мембраной и растворенный в плазме крови, оказался ядовитым. Он должен находиться внутри клетки – эритроцита, который имеет форму бублика без дырки.  Это оптимальная форма как для кислородного обмена, так и для прохождения через мельчайшие сосуды, диаметр которых даже чуть меньше диаметра самого эритроцита.  Проблема теперь решена.

Остается другая проблема – как быстро получить достаточное количество крови, которая не была бы чужеродной для человека-реципиента по своим иммунологическим свойствам.  Ответ на этот вопрос уже есть у Роберта Ланза, Главного научного сотрудника центра Перспективных Клеточных Технологий в Ворцестере, штат Массачусетс. Он предлагает использовать в качестве исходного материала универсальные кроветворные стволовые клетки, из которых получается так называемая О-кровь, или «нулевая кровь».  Такая кровь встречается у некоторых людей. Клетки нулевой крови не несут иммунных маркеров и воспринимаются как свои родные в организме любого человека.  Можно будет выращивать достаточные объемы искусственной «нулевой крови» в специализированных центрах и отправлять ее в пункты назначения по всему миру.  Интересно, что для длительного хранения искусственная кровь не нуждается в замораживании, как обычная донорская кровь для переливания. Для этого достаточно ее охладить. Это еще один плюс в пользу замечательного открытия ученых, которое завершает 2011 год.

Самые теплые пожелания в наступающем 2012 году!