Любой многоклеточный организм начинается с одной оплодотворенной яйцеклетки. В течение первых циклов деления из нее возникают универсальные, или тотипотентные, клетки, которые затем дифференцируются. Сначала образуются плюрипотентные стволовые клетки, развитие которых может пойти по разным сценариям, а затем — разнообразные унипотентные соматические клетки, отвечающие за определенные функции. Из них уже формируются внутренние органы, сосуды, кожа и прочие ткани.

В основном дифференцировка заканчивается на внутриутробной стадии, но некоторое количество незрелых, не до конца дифференцированных стволовых клеток сохраняется на всю жизнь. Они вырабатываются в тканях костного мозга и при определенных условиях способны превратиться в клетки различных органов и тканей. Это своего рода ремкомплект на случай повреждений и травм. Чем старше организм, тем меньше в костном мозге стволовых клеток, способных к обновлению. Замедление их производства — следствие физического старения.

У растений и некоторых низших форм животных существует обратный процесс — дедифференцировка, когда частично или полностью созревшая клетка возвращается в предыдущее состояние. Чаще всего это происходит при регенерации: например, когда из черенка, пустившего корни, появляется новое растение или отдельная часть тела дает начало новому организму.

Ученые давно мечтали запустить процесс аналогичного омоложения клеток у человека или хотя бы для начала у лабораторных животных. Впервые это сделали японцы Синъя Яманака и Кадзутоси Такахаси в 2006-м. С помощью четырех белков, которые потом назовут "коктейль Яманаки" — Oct4, c-Myc, Sox2 и Klf4, они возвратили дифференцированные соматические клетки, фибробласты из кожи мыши, в плюрипотентное состояние. За это в 2012-м Синъя Яманака получил Нобелевскую премию по биологии и медицине.

Индуцированные (обращенные с помощью коктейля Яманаки) плюрипотентные клетки весьма перспективны в области регенеративной медицины. Размножаясь, они могут давать начало клеткам любого типа — нейронам, клеткам сердца, поджелудочной железы, печени и другим. Перед эмбриональными стволовыми клетками, которые получают из пуповинной крови и используют для лечения рака, диабета первого типа, ДЦП и еще десятков тяжелых заболеваний, у иПСК есть важное преимущество — индивидуальность. Если когда-то биологи научатся управлять их дифференцировкой, можно будет выращивать не только новые ткани, но и целые органы. И решить проблему отторжения при трансплантации.

В 2014-м Яманака и Такахаси пересадили пигментный эпителий сетчатки глаза, полученный из иПС-клеток пациентки. В Японии после этого запустили государственную программу создания банков иПСК, которая предусматривает, что каждый человек будет держать в таком банке "неприкосновенный запас" собственных стволовых клеток.

Теоретически можно взять любую клетку у взрослого или даже пожилого человека и перепрограммировать ее для радикального омоложения. В пользу этого говорят исследования теломеров — концевых участков хромосом, длина которых служит индикатором потенциала здоровья и долголетия.

После перепрограммирования длина теломеров восстанавливалась вплоть до эмбрионального уровня, а затем, по мере дифференцировки иПСК обратно в соматические клетки — ученые наблюдали их нормальное естественное укорачивание. Более того, омолаживались и митохондрии иПСК, восстанавливался уровень дыхания, характерный для молодых клеток.

В 2020-м исследователи из Стэнфордского университета в экспериментах на мышах доказали, что клетки пожилой особи, подвергшиеся воздействию факторов Яманаки, могут омолодиться так, что их не отличить от более молодых аналогов.

Однако ученые обнаружили несколько побочных эффектов. Перепрограммированные клетки на поверку оказались довольно опасными: легко разрастались в опухоли типа тератомы. Кроме того, из-за диссонанса в темпах развития омоложенных и окружающих их старых клеток инъекции иПСК часто приводили к аутоиммунным реакциям.

Специалисты из США и Испании под руководством профессора института Солка Хуана Карлоса Исписуа Бельмонте решили проверить, зависит ли риск негативных побочных реакций от длительности перепрограммирования и какой дозы достаточно для эффекта омоложения. Результаты исследования недавно опубликовали в журнале Nature Aging.

Ученые создали генетически модифицированных мышей, у которых работал в ДНК регуляторный участок, запускающий в присутствии антибиотика доксициклина экспрессию факторов Яманаки. Одним мышам вводили доксициклин с 12-го по 22-й месяц жизни, другим — с 15-го по 22-й, а третьим — только один месяц, когда им было уже больше двух лет. Если сравнивать с людьми, то это, соответственно, — с 35 до 70, с 50 до 70 и после 80 лет.

Исследователи проанализировали показатели старения у подопытных животных, сравнили их с контролем. И обнаружили, что в конце эксперимента мыши из первых двух групп по многим эпигенетическим параметрам напоминают молодых животных. Особенно отчетливо омоложение проявилось в клетках кожи и печени: регенерация кожи шла быстрее, чем у ровесников из контрольной группы, а в крови снизились уровни метаболических маркеров возрастных изменений, воспаления и стресса. У пожилых животных из третьей группы, получавших лечение всего один месяц, таких изменений не зафиксировали.

По мнению авторов, все это говорит о том, что перепрограммирование клеток не просто останавливает старение, а обращает его вспять — но только при длительном воздействии иПСК. Исследователи доказали и безопасность нового способа: среди участвовавших в эксперименте животных не зафиксировали ни одного случая рака, изменений клеток крови или неврологических нарушений.

Ученые планируют продолжить исследования, чтобы использовать созданный ими метод для улучшения функций отдельных органов, таких как сердце или мозг. Кроме того, они разрабатывают новые более безопасные способы доставки факторов генетического омоложения клеток в живой организм.

Источник: ria.ru