Группа американских ученых опубликовала в журнале Cell работу, в которой описали метод получения клеток, вырабатывающих инсулин, из плюрипотентных стволовых клеток. Метод не предполагает генетической модификации клеток и потому безопасен. Все этапы дифференцировки проходили просто под действием добавляемых в среду молекул. Уже были проведены некоторые эксперименты, подтверждающие, что действительно получились клетки, обладающие требуемыми свойствами и способные секретировать в плазму крови нужное количество инсулина.
Чтобы трансплантация клеток имела терапевтический эффект, клеток должно быть много. Конечно, заставить дифференцированные клетки заметно размножиться почти невозможно. Поэтому стволовые клетки, которые могут довольно быстро и долго размножаться, а потом дифференцироваться в клетки нужного типа, являются незаменимым источником клеток для потенциальной терапии. В экспериментах на животных уже показано, например, что полученные таким образом клетки сердечной мышцы помогли от аритмии, клетки – предшественники нейронов помогли восстановлению после травмы спинного мозга, а клетки эпителия сетчатки помогли улучшить зрение.
В первом клиническом испытании iPS-клеточной терапии пациентке, страдающей макулодистрофией, как раз и пересаживали эпителий сетчатки, полученный из iPS клеток. От результатов этих испытаний, в первую очередь, демонстрации безопасности, зависит будущее целой области прикладной науки.
Диабет с эпидемиологической и экономической точки зрения представляет гораздо большую опасность, чем макулодистрофия. Во всем мире болеет больше 300 миллионов людей, среди них, кстати, двое детей одного из авторов работы. Но получить продуцирующие инсулин клетки довольно сложно.
Инсулин вырабатывается β-клетками островков Лангерганса в поджелудочной железе. Кроме β-клеток в островках есть еще и α-клетки, секретирующие глюкагон – антагонист инсулина: несколько упрощая можно сказать, что инсулин передает клеткам мышц, жировой ткани и другим сигнал поглощать глюкозу из кровотока, а глюкагон наоборот заставляет клетки печени превращать запасенный гликоген в глюкозу и выпускать в кровь. Поэтому очень важно, чтобы при дифференцировке стволовых клеток, предшествующей трансплантации образовывались β-клетки, а не α..
Возникает закономерный вопрос, почему нельзя взять первые попавшиеся клетки, ввести в них ген инсулина, и пусть их продуцируют. Так не получается по многим причинам: синтез, созревание и секреция инсулина – сложный многоступенчатый процесс, требующий участия многих факторов. Во-первых, секреция инсулина должна происходить в ограниченных количествах и только в ответ на поступление в организм глюкозы или другой пищи. Кратковременно повышенный уровень глюкозы для человека не представляет серьезной опасности, для развития симптомов диабета нужно заметное превышение на протяжении некоторого времени. А вот низкая концентрация глюкозы и связанная с ней гипогликемия – опасные состояния, чреватые почти внезапной потерей сознания, комой и другими неприятностями у человека, который вот только что совсем неплохо себя чувствовал. Лег, например, спать, разумеется, во сне ничего не ел, избыточный инсулин привел к сильному снижению уровня глюкозы, и проснуться самому уже не выходит. В β-клетках специальная система следит за тем, чтобы инсулин попадал в кровь только в ответ на повышение уровня глюкозы. Другим клеткам без такой системы не обойтись, это просто опасно.
Другая проблема заключается в том, что изначальная белковая молекула предшественника инсулина препроинсулина состоит из 110 аминокислот, а готовый функциональный инсулин – из 31. В процессе созревания специальные ферменты отрезают по кусочку. Эти ферменты активны только в β-клетках.
Генная инженерия, правда, предлагает способы для обхода этой проблемы: можно в гене, кодирующем инсулин, заменить несколько нуклеотидов так, чтобы сайты разрезания специфичными β-клеточными ферментами заменились на сайты, разрезать которые могут ферменты в любой клетке. Но проблема точной глюкозо-зависимой секреции все еще решается с огромным трудом.
Для лечения диабета первого типа иногда производится трупная трансплантация β-клетки, но клетки в этом случае малочисленны, а за этим следуют все проблемы, связанные с иммуносуппрессией, поскольку клетки чужеродные. Однако таким способом уже удавалось добиться отмены инсулина сроком на пять лет. Но этот метод не может стать масштабным.
Именно поэтому важно получить клетки, максимально похожие на β-клетки. Это и удалось сделать авторам работы благодаря разработанному ими шестиступенчатому методу. Весь процесс занимает около месяца. Клетки из плюрипотентных стволовых постепенно становятся все более дифференцированными, разные факторы на каждой стадии направляют дифференцировку в нужную сторону. Полученные клетки трансплантировались мышам с диабетом первого типа и вполне справились с поддержанием уровня глюкозы в крови на нормальном уровне. Метод довольно эффективен. Когда дело дойдет до клинических испытаний, авторы надеются, что смогут трансплантировать каждому пациенту по 150 миллионов клеток. Сейчас проходит последняя стадия преклинических испытаний – в том числе, на приматах.
Отдельный вопрос заключается в том, как защитить новые клетки от атаки иммунной системы. Ведь диабет первого типа развивается как раз из-за того, что клетки иммунной системы ошибаются, принимая β-клетки за врагов и убивая их. Над решением этой проблемы также ведется работа, и уже достигнуты определенные успехи.
