Международной группе ученых из Испании и США удалось в лабораторных условиях, используя индуцированные стволовые (iPS) клетки, создать небольшие, похожие на почки структуры.
Не все заболевания почек хорошо поддаются лечению, способность почек к регенерации вообще очень низка. Поэтому часто единственными способами помочь больному оказываются гемодиализ (в качестве поддерживающей меры) и трансплантация почки. Все это дорогие и сложные процедуры, снижающие качество жизни.
Создание искусственных органов кажется перспективным, хотя и сложным, направлением медицины. На пути к искусственному органу надо решить две основные задачи. Во-первых, надо получить клетки, из которых должен состоять орган. Во-вторых, клетки надо “убедить” образовать соответствующую трехмерную структуру.
Клетки нужного типа можно получать из эмбриональных стволовых клеток. Ученым за последние годы для некоторых типов клеток удалось подобрать условия культивирования, низкомолекулярные вещества или белки, вызывающие превращение стволовых клеток в клетки этого типа. Но обычно ученым негде взять эмбриональных стволовые клетки взрослого пациента, потому что эмбрионом он был давным-давно.
Тут на помощь ученым приходит открытие, удостоившееся в 2012 году Нобелевской премии. Синья Яманака показал, что если заставить работать в самых обычных клетках кожи четыре гена, которые работают на ранних этапах развития, то клетки станут по своим свойствам очень похожи на эмбриональные стволовые. Такие клетки назвали индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками. Теперь можно взять обычные соматические клетки, активировать в них несколько генов и получить iPS клетки. Потом определенным образом воздействовать на эти клетки, и получить клетки нужного типа. Такой процесс называется дифференцировкой. Получается, что из соматических клеток определенного типа можно получить соматические клетки другого типа. Нельзя сказать, что наука умеет в этой области все, но определенные успехи достигнуты. Правда, в получении клеток почек до сих пор успехи были довольно скромными.
Еще сложнее обстоят дела с образованием нужной трехмерной структуры. Пока удается воспроизводить только самые простые структуры, например, сосочки дермы. Структура почки же очень сложна, а ее процесс образования в ходе эмбрионального развития многоступенчат и включает большое количество взаимодействий клеток разных типов.
Авторам описываемой работы удалось существенно продвинуть решение обеих задач.
Во-первых, они разработали двухступенчатую схему получения клеток, похожих непосредственных предшественников клеток зрелых почек. На первой стадии эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в клетки мезодермы – одного из трех зародышевых листков, из которого у зародыша образуются соединительная ткань, мышцы, некоторые клетки крови и почек. Для этого в клетках активировались два белка. На следующей стадии с помощью ретиноевой кислоты, белкового комплекса, который называется активин А и играет роль в самых разных процессах, происходящих в организме, и белка BMP2, регулирующего дифференцировку мезодермы, получили более дифференцированные клетки, похожие на клетки почек. Больше всего получившиеся клетки походили на клетки зачатка мочеточника.
Упрощенно одна из финальных стадий развития почки у млекопитающих происходит так. Со стороны клоаки по направлению к черепу начинает расти зачаток будущего мочеточника. Когда он дорастает до находящейся на месте будущей почки мезодермы, он начинает ветвиться, образуя систему почечных канальцев. Кроме того, в ходе этого взаимодействия образуются почечная лоханка, а также большая и малая почечные чашки.
Смешав полученные перепрограммированием клетки с небольшим количеством мышиных эмбриональных почечных клеток, авторы обнаружили, что клетки сформировали трехмерную структуру, похожую на эмбриональный мочеточник. Эта трехмерная структура оказалась способна, взаимодействуя с мезодермальными клетками, запускать процессы, аналогичные описанным выше.
Таким образом, ученым удалось сделать несколько шагов на пути к выращиванию искусственной почки. Но до искусственной почки еще далеко, а результаты работы можно применить уже сейчас. Получив iPS клетки из клеток человека, болеющего какой-либо болезнью почек, такую искусственную «минипочку» можно использовать для тестирования потенциальных лекарств от этой болезни. Авторы даже проделали все вышеперечисленные манипуляции с клетками больного наследственным заболеванием – поликистозом почек.
