Движение будит стволовые клетки нервной ткани

Екатерина Грачева, «Элементы»

На этой фотографии изображен нейрон мыши (фиолетовый) на фоне его предшественников – нейральных стволовых клеток (см. Neural stem cell). Желтым обозначены ядра клеток, синим – цитоскелет.

Фото © Nadia Efimova с сайта nikonsmallworld.com. Микрофотография получена с помощью конфокального микроскопа, увеличение 40×.

Снимок попал в категорию Images of Distinction престижного международного конкурса микрофотографии Nikon Small World 2020.

Из нейральных стволовых клеток (НСК) образуются все нейроны центральной нервной системы, а также клетки астроглии и олигодендроглии. НСК наиболее активны во время эмбрионального развития, когда формируется нервная система. Нервная пластинка, а затем нервная трубка состоят из одного слоя нейроэпителия (см.

Neuroepithelial cell). Эти клетки – первичные нейральные стволовые клетки. Они делятся симметрично: одно деление приводит к образованию двух одинаковых клеток. В этом первое качество стволовых клеток – самообновление.

Такое деление необходимо, чтобы наработать пул клеток, из которых будет развиваться нервная система.

Позднее клетки меняют свой стиль деления на асимметричное. Из одной клетки нейроэпителия при делении получается одна клетка нейроэпителия и одна клетка радиальной глии. В этом соблюдается еще одно свойство стволовых клеток – способность давать различные клетки. Клетки радиальной глии также относятся к нейральным стволовым клеткам.

Они – источник нейронов, которые уже никогда не поделятся, клеток астроглии и промежуточных нейральных клеток-предшественников, которые могут поделиться еще раз или два, чтобы превратиться в нейроны или клетки глии.

Кроме того, клетки радиальной глии работают как направители, помогая нейронам распределяться в растущей центральной нервной системе.

Образование нейронов в мозге мыши. Клетки нейроэпителия (Neuroepithelial cells) активируются на 8-й день эмбрионального развития (E8). На 14-й день (E14) они превращаются в ранние клетки радиальной глии (early radial glial cells).

Клетки радиальной глии могут либо превращаться в нейроны (neuron) напрямую, либо дифференцируются в промежуточные нейральные клетки-предшественники (nIPCs), из которых образуются нейроны.

Во время развития клетки радиальной глии также могут образовывать промежуточные клетки-предшественники олигодендроцитов (oIPCs) и астроцитов (aIPCs), которые дифференцируются и становятся частью нервной системы. Рисунок из статьи B. Yao и P. Jin, 2014. Unlocking epigenetic codes in neurogenesis.

К моменту рождения в головном мозге млекопитающих присутствуют практически все нейроны, и практически не остается радиальной глии. За некоторыми исключениями.

В конце XIX – начале XX века великий гистолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль написал: «После завершения развития источник роста и регенерации аксонов и дендритов безвозвратно высыхает.

Во взрослых центрах нервные пути могут каким-то образом налаживаться, заканчиваться и оставаться неизменными. Всё может погибнуть, ничего не может быть восстановлено.

Науке будущего предназначено изменить этот тяжелый приговор, если это будет возможно». Наука изменила.

Еще в 1960-х годах Джозеф Альтман (Joseph Altman) и Гопал Дас (Gopal Das) показали, что в мозге молодых крысят образуются новые нейроны. Аналогичный процесс наблюдали и у канареек. Источник этих нейронов был найден позже.

У большинства млекопитающих после рождения новые нейроны образуются в двух участках головного мозга: на стенках боковых желудочков мозга (субвентрикулярной зоне) и в зубчатой извилине гиппокампа (в субгранулярной зоне).

В этих местах остаются нейральные стволовые клетки (которые очень похожи на эмбриональную радиальную глию), которые и дают новые нейроны и клетки глии.

Нейроны из субвентрикулярной зоны мигрируют в обонятельную луковицу. Без них животным было бы тяжело тонко различать запахи и ассоциировать запахи с наградой. Нейроны, образовавшиеся в субгранулярной зоне, участвуют в работе зубчатой извилины.

Они важны для формирования памяти, обучения и, возможно, играют функциональную роль в стрессе и депрессии.

Образуются ли новые нейроны в головном мозге взрослого человека? Вероятно, да, но пока ученые не могут сойтись в едином мнении, каков вклад новых нейронов в нервную деятельность.

Но как восполнить нервные клетки, которые по каким-то причинам были утеряны в других участках центральной нервной системы? Идея пересаживать НСК для лечения нейродегенеративных заболеваний возникла еще в начале 2000-х годов. Так, НСК вводили крысам – моделям бокового амиотрофического склероза (БАС).

Ученые показали, что клетки могут дифференцироваться в нейроны и глию и продлевать жизнь экспериментальным животным. Такие исследования стали основной клинических исследований, где уже пациентам с БАС вводили НСК в спинной мозг. Это привело к небольшому улучшению состояния пациентов.

Проводились и клинические исследования по введению НСК пациентам с травмой спинного мозга, где наблюдались скромные, но положительные результаты.

К сожалению, в таких исследованиях к стандартным вопросам клеточной терапии, как например, будут ли стволовые клетки превращаться в нужные ткани, прибавляется важный вопрос: откуда взять нейральные стволовые клетки?

Ученым доступны различные клеточные линии нейральных стволовых клеток. НСК мышей получают из эмбрионального мозга или из субвентрикулярной и субгранулярной зоны взрослого мозга. Есть и линии НСК человека, которые получают из абортивного материала.

Именно такие линии использовали в клинических исследованиях, упомянутых выше. Но получение таких линий разрешено не везде и связано с этическими вопросами. Кроме того, это клетки других организмов, а не самого пациента, и они могут вызвать нежелательный ответ организма на такое вторжение.

Поэтому исследования в этом направлении теперь часто начинаются с использования эмбриональных стволовых клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Из них можно получить нейральные стволовые клетки и использовать их не только в клинических, но и в фундаментальных исследованиях.

Например, с помощью такого подхода получены модели эмбрионального мозга в миниатюре, которые можно использовать для исследования развития человеческой нервной системы и некоторых ее заболеваний в режиме реального времени.

А недавно на похожих моделях было показано, что SARS-CoV-2, по-видимому, способен заражать нейроны в головном мозге. Кроме того, НСК могут быть полезны при поиске новых препаратов.

Существует три различных метода получения нейральных стволовых клеток. Первый (слева) – выделение из тканей центральной нервной системы (из эмбрионального и взрослого мозга или тканей спинного мозга).

Второй (в центре) – получение из плюрипотентных клеток (эмбриональных стволовых или индуцированных плюрипотентных стволовых клеток).

Третий способ – трансдифференцировка из соматических клеток (фибробластов кожи, эпителиальных клеток, выделенных из мочи или клеток крови). Эти клетки легко получить в условиях клиники.

Нейральные стволовые клетки, полученные этими способами, можно иммортализировать (см. Immortalised cell line), используя методы генной инженерии. Рисунок из статьи Y. Tang et al., 2017. Current progress in the derivation and therapeutic application of neural stem cells.

До выращивания полноразмерного головного мозга, да и до доступного лечения с помощью нейральных стволовых клеток, нам еще далеко. Но догма Рамона-и-Кахаля разбита, а значит, один из главных барьеров на этом пути уже преодолен.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

Нейральные стволовые клетки • Картинка дня

На этой фотографии изображен нейрон мыши (фиолетовый) на фоне его предшественников — нейральных стволовых клеток (см. Neural stem cell). Желтым обозначены ядра клеток, синим — цитоскелет. Снимок попал в категорию Images of Distinction престижного международного конкурса микрофотографии Nikon Small World 2020.

Neuroepithelial cell). Эти клетки — первичные нейральные стволовые клетки. Они делятся симметрично: одно деление приводит к образованию двух одинаковых клеток. В этом первое качество стволовых клеток — самообновление.

Такое деление необходимо, чтобы наработать пул клеток, из которых будет развиваться нервная система.

Позднее клетки меняют свой стиль деления на асимметричное. Из одной клетки нейроэпителия при делении получается одна клетка нейроэпителия и одна клетка радиальной глии. В этом соблюдается еще одно свойство стволовых клеток — способность давать различные клетки. Клетки радиальной глии также относятся к нейральным стволовым клеткам.

Они — источник нейронов, которые уже никогда не поделятся, клеток астроглии и промежуточных нейральных клеток-предшественников, которые могут поделиться еще раз или два, чтобы превратиться в нейроны или клетки глии.

В конце XIX–начале XX века великий гистолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль написал: «После завершения развития источник роста и регенерации аксонов и дендритов безвозвратно высыхает.

Науке будущего предназначено изменить этот тяжелый приговор, если это будет возможно». Наука изменила.

В этих местах остаются нейральные стволовые клетки (которые очень похожи на эмбриональную радиальную глию), которые и дают новые нейроны и клетки глии.

Они важны для формирования памяти, обучения и, возможно, играют функциональную роль в стрессе и депрессии.

Но как восполнить нервные клетки, которые по каким-то причинам были утеряны в других участках центральной нервной системы? Идея пересаживать НСК для лечения нейродегенеративных заболеваний возникла еще в начале 2000-х годов. Так, НСК вводили крысам — моделям бокового амиотрофического склероза (БАС).

Проводились и клинические исследования по введению НСК пациентам с травмой спинного мозга, где наблюдались скромные, но положительные результаты.

Ученым доступны различные клеточные линии нейральных стволовых клеток. НСК мышей получают из эмбрионального мозга или из субвентрикулярной и субгранулярной зоны взрослого мозга. Есть и линии НСК человека, которые получают из абортивного материала. Именно такие линии использовали в клинических исследованиях, упомянутых выше.

Но получение таких линий разрешено не везде и связано с этическими вопросами. Кроме того, это клетки других организмов, а не самого пациента, и они могут вызвать нежелательный ответ организма на такое вторжение.

Поэтому исследования в этом направлении теперь часто начинаются с использования эмбриональных стволовых клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (см. Нобелевская премия по физиологии и медицине 2012, «Элементы», 10.10.2012).

Из них можно получить нейральные стволовые клетки и использовать их не только в клинических, но и фундаментальных исследованиях.

Например, с помощью такого подхода получены модели эмбрионального мозга в миниатюре, которые можно использовать для исследования развития человеческой нервной системы и некоторых ее заболеваний в режиме реального времени (см. картинку дня «Карманная» модель мозга). А недавно на похожих моделях было показано, что SARS-CoV-2, по-видимому, способен заражать нейроны в головном мозге. Кроме того, НСК могут быть полезны при поиске новых препаратов.

Екатерина Грачева

2
Показать комментарии (2)
Свернуть комментарии (2)

Несколько вопросов и найденных опечаток:1) Почему «нейральные», а не, скажем, «нейрональные»? Чем эта калька обосновывается?2) «Позднее клетки меняют свой стиль деления на асимметричное» — кажется, тут несогласование, «стиль» не того же рода, что «асимметричное». Вероятно, при правке забыли убрать одно из слов.3) «К моменту рождения в головном мозге млекопитающих присутствуют практически все нейроны, и практически не остается радиальной глии» — запятая лишняя, у обеих частей сложного предложения общий второстепенный член «к моменту рождения».Ну и в эффективность пересадки стволовых клеток против нейродегенеративных заболеваний верится с трудом, статья из хиндави здесь не самый сильный аргумент, по мне так. Хотя как-то три года назад редактор одного научпоп-журнала фактически переписала мою статью на эту тему так, что клетки эти великолепны и всем давно помогли: http://www.vokrugsveta.ru/article/272946/ При том, что в черновике были совсем другие выводы и доказательства. Что ж, людям хочется верить… Ответить
- Спасибо за комментарии. Опечатки исправим.По поводу «нейральных» и «нейрональных» в русском языке – мне кажется, что это вопрос школы. В нашей лаборатории работали именно с «нейральными». Во всяком случае, так было принято, так писали все гранты, статьи и дипломы.В каких-то других источниках есть «нейрональные».В английском же тоже есть neural/neuronal, но со стволовыми клетками используется именно neural.Статью о лечении именно спиномозговой травмы (да и другие клинические исследования), конечно стоит принимать со знаком вопроса. Про «встал и пошел» там, конечно, не говорится, все же они пишут о восстановлении только у части пациентов и только отчасти моторной функции и электрофизиологических параметров. Но вообще вопрос введения именно НСК был интересным. Вроде как Mayo Clinics в этом году запускает уже вторую фазу исследования с пересадкой стволовых клеток пациентам со спиномозговой травмой, но вводят мезенхимальные стволовые клетки. Все таки другая немного история.В любом случае, даже если исследования будут успешными, нормально проведенная клеточная терапия будет безумно дорогой и мало кому доступной. Ответить

Написать комментарий

Эмбриональное развитие нервной системы позвоночных

Замыкание нервной трубки начинается в середине зародыша, затем процесс распространяется к головному и хвостовому концам эмбриона, где некоторое время остаются незамкнутыми отверстия – передний и задний нейропоры (рис. 7).

Рис. 7. Ранние этапы формирования нервной трубки на примере развития мозга человека (по: Nieuwenhuys R. et al., 1999).

A–D – реконструкция вида человеческого зародыша и начальных этапов формирования нервной трубки, E–H – поперечные срезы эмбриона на данных стадиях развития; 1 – эктодерма, 2 – нервная пластинка, 3 – отверстие амниона, 4 – мозговая пластинка, 5 – нервная складка, 6 – нервный желобок, 7 – нервная трубка, 8 – зачаток головного мозга, 9 – передний нейропор, 10 – задний нейропор, 11 – нервный гребень, 12 – крыловидная пластинка, 13 – латеральная пластинка, 14 – базальная пластинка, 15 – полость первичных мозговых желудочков, 16 – зачатки спинальных ганглиев

Еще на стадии замыкания нейропоров начинается ростро-каудальная дифференцировка нервной трубки зародыша.

Нервная трубка (как полагают, под индуцирующим воздействием хорды) постепенно погружается в мезодерму зародыша и под влиянием мезодермальных сомитов разделяется на сегментарные участки – нейромеры или прозомеры.

Сомиты располагаются по сторонам нервной пластинки и вдавливаются в нее, определяя конфигурацию будущих отделов мозга (рис. 8).

В дальнейшем головные сомиты сливаются и образуют три основных сегмента: премандибулярный, мандибулярный и гиоидный. Границей головных сегментов служит область ушной капсулы, за которой формируются от 2–3 до 10–12 туловищных сегментов (в зависимости от группы позвоночных). Параллельно формируется система черепно-мозговых нервов.

Каждый сегмент иннервируется определенными парами нервов: премандибулярный – терминальным и глазодвигательным нервом (III); мандибулярный – тройничным (V) и блоковым (IV) нервами; гиоидный – отводящим (VI) и лицевым (VII) нервами. Следующие за головными два сегмента иннервируются соответственно языкоглоточным (IX) и блуждающим (X) нервами.

Ростральные туловищные сомиты у высших позвоночных иннервируются системой добавочного нерва (XI), включающего в себя разное количество корешков в зависимости от числа туловищных сомитов.

Подъязычный нерв (XII), иннервирующий гипобранхиальную мускулатуру, которая развивается из закладки туловищных сегментов, по своей функции аналогичен вентральным (соматомоторным) корешкам спинномозговых нервов, иннервирующих поперечнополосатую мускулатуру туловища и конечностей.

Передний конец трубки в конце 3-й недели развития из-за активных процессов пролиферации и миграции нейронов в стенке мозга расширяется и формирует 3 первичные мозговые пузыря.

Лежащий краниально пузырь образует первичный передний мозг, Prosencephalon, средний пузырь – первичный средний мозг Mesencephalon, а из третьего пузыря развивается первичный задний мозг Rhombencephalon.

Далее располагаются структуры формирующегося спинного мозга – Medulla spinalis (рис. 9).

Рис. 9. Развитие мозга человека (по: Шаде, Форд, 1976).

А–Б – стадии трех (а) и пяти (б–д) мозговых пузырей; вид сверху (А) и сбоку (Б); 1–3 – первичные: передний (1), средний (2), ромбовидный (№) мозг; 4 – закладка спинного мозга, 5 – глазной бокал, 6–10 – отделы мозга: конечный (6), промежуточный (7), средний (8), задний (9), продолговатый (10); 11 – полушария конечного мозга, 20 – мозжечок, 22 – спинной мозг, V–IX – черепно-мозговые нервы. Стрелки – изгибы нервной трубки (с. и. – среднемозговой, ш. и. – шейный, м. и. – мостовой)

Спинной мозг образуется из каудальных отделов нервной трубки. Он представляет собой часть ЦНС, в структуре которой наиболее отчетливо сохраняются черты эмбриональных стадий развития мозга позвоночных: трубчатый характер строения и сегментарность.

После формирования мозговых пузырей в нервной системе начинаются сложные процессы внутренней дифференцировки и роста.

Уже на ранних этапах развития зародыша нервная трубка на значительном протяжении разделяется проходящей по вентрикулярной поверхности пограничной бороздой, sulcus limitans, на два отдела: дорсальный – крыловидную пластинку, и вентральный – базальную пластинку.

Читайте также: БАДы могут вызывать рак

Участки мозга, развивающиеся из крыловидной пластинки, содержат сенсорные ядра, из базальной – моторные и вегетативные. Ростральная часть нервной трубки не содержит базальной пластинки и целиком происходит из крыловидной. Отделы головного мозга, содержащие производные обеих пластинок – средний, задний, продолговатый – часто объединяют названием «ствол мозга».

Изменения в развитии нервной трубки сопровождаются образованием нескольких изгибов на границах закладки различных отделов мозга. В течение первых двух месяцев эмбрионального развития образуется основной (среднемозговой) изгиб, когда передний и промежуточный мозг загибаются вперед и вниз. Затем формируется еще два (шейный и мостовой) изгиба.

Одновременно первый и третий первичные мозговые пузыри разделяются каждый на два. Наступает стадия пяти мозговых пузырей. Самым ростральным становиться конечный мозг (Telencephalon), затем – промежуточный (Diencephalon). За промежуточным идет средний мозг (Mesencephalon).

Первичный задний мозговой пузырь разделяется на задний мозг (Metencephalon) и продолговатый мозг (Medulla oblongata). Прозенцефалон включает производные первых шести прозомеров (нейромеров) P1–P6. Из структур Р1 в дальнейшем формируется средний мозг. Прозомеры Р2 и Р3 развиваются соответственно в таламус и преталамус.

Из прозомеров Р4–Р6 развивается конечный мозг и гипоталамус. Из более каудальных сегментов нервной трубки (ромбомеров) развиваются структуры ствола и спинного мозга.

После формирования мозговых пузырей (5–10 недели развития) в структурах формирующейся нервной системы происходят сложные процессы внутренней дифференцировки и роста различных отделов головного и спинного мозга.

Формирование отделов мозга находится под контролем т. н. «вторичных организаторов» – групп клеток, синтезирующих ряд морфогенетических факторов, градиент концентрации которых определяет направление миграции и дифференцировки разных структур мозга (табл. 2; рис. 9, 10).

Таблица 2. Гены и продукты их экспрессии, контролирующие различные процессы развития отделов и структур головного мозга (по: Обухов, 2008).

Ген	Место экспрессии	Функция
Dlx 1, Dlx 2, Dlx 5	Субпаллиум (ганглионарные возвышения), промежуточный мозг	Миграция субпаллиальных нейробрастов, миграция нейронов в кору из ганглионарных возвышений переднего мозгового пузыря
Emx 1, Emx 2	Конечный мозг	Пролиферация клеток в развивающемся мозге, миграция нейробластов
Lhx 1, Lhx 2, Lhx 5	Передний мозг, кора полушарий	Формирование подкорковых и корковых (архикортекс) отделов полушарий
Nkx 2,1Nkx 2,2	Вентральные отделы полушарий	Пролиферация и миграция нейробластов в стриатуме
Otx 1, Otx 2	Передний мозг, средний мозг, передние отделы ствола мозга	Формирование структуры полушарий, включая кору мозга
Pax 3, Pax 6	Передний мозг	Миграция нейробластов в дорсальных отделах полушарий

Развитие зачатка переднего мозга контролирует небольшая группа клеток, расположенная на верхушке нервной трубки и названная передним мозговым организатором (ANR – anterior neural ridge) и клетки на границе второго мозгового пузыря – zona limitans interthalamica (ZLI). Структуры среднего, заднего, продолговатого мозга и верхние сегменты спинного мозга контролируются еще одним организатором – isthmic organizer (ISO).

В перинатальный период заканчивается формирование внутренней структуры мозга. Начинается активная миелинизация головного и спинного мозга. Однако эти процессы не заканчиваются с рождением.

Показано, что достаточно долго (месяцы и годы) после рождения происходит созревание и дифференцировка нервных структур и проводящих трактов.

Более того, в настоящий период стало ясно, что во взрослый период происходит образование новых популяций нейронов и глиальных клеток за счет сохранения в мозге популяций НСК в структурах головного мозга.

Нервные клетки восстанавливаются: сербский нейробиолог Ивана Гаджански рассказывает о неоднозначностях в лечении стволовыми клетками

Ивана Гаджански — нейробиолог, доктор наук в области неврологии университета имени Георга — Августа и Института биофизической химии Макса Планка в Геттингене, Германия. Проходила специализацию в немецком университете Людвига — Максимилиана в Мюнхене.

Позднее стала биоинженером (Фулбрайт, приглашенный ученый в Колумбийском университете, США, лаборатория Stem Cells and Tissue Engineering).

В BioSense специализируется на клеточном сельском хозяйстве (применении тканевой инженерии для производства продуктов питания), биоинженерии в области альтернативных белков, биосенсорах и микрофлюидных платформах.

Является координатором двух проектов EU Horizon2020 и руководителем проекта REALSENSE1, посвященного мониторингу параметров культивирования клеток с использованием датчиков для определения биомассы и питательных веществ.

О работе в Сербии и других странах

— Почему, когда все покидали Сербию, вы, наоборот, туда вернулись для работы со студентами?

— На самом деле очень многие были удивлены этому, поскольку большинство покидает Сербию, а я вернулась. В то время после учебы эмигрировало огромное количество людей. Однако я приняла решение вернуться, чтобы попытаться заниматься наукой в родной стране. Конечно, это было непростым решением. До сих пор тяжело.

Но я не осталась там навсегда. После этого поехала в Колумбию, в Нью-Йорк, где провела год. То есть я использую такую модель: живу и работаю в Сербии, но также сотрудничаю с учеными из разных стран. У меня есть великолепная возможность заниматься наукой.

К тому же сейчас мы работаем над одним проектом международного уровня, который был основан Европейским союзом, и сотрудничаем с другими организациями, например, из России. Для меня не проблема работать в Сербии. Тут больше личные обстоятельства: моя семья живет в этой стране, и я бы хотела проводить больше времени с ней.

Также я хотела показать студентам из Сербии, что в этой стране тоже можно быть ученым.

— Как отличаются академическая среда и подход к исследованиям в Германии, Сербии и США?

— Да, академическая среда отличается. Главные отличия — в инфраструктуре, лабораториях и оборудовании. В Германии и США технологии очень продвинутые. Но и в Сербии есть хорошие организации, а институты и продвижение экспортных товаров тоже неплохое. И, на самом деле, я не единственная, кто вернулся. Есть еще другие ученые, которые работают сами по себе здесь.

Главная проблема в нашей стране — это оборудование. Оно намного дороже, чем в Германии, к примеру. Это связано с тем, что мы должны платить много налогов. Поэтому заниматься наукой в Сербии намного дороже.

Также мы не можем заказывать оборудование напрямую у популярных компаний, мы должны обращаться к дистрибьюторам, что выходит дороже. Такие финансовые проблемы только у экспериментальной науки.

Сложнее заниматься ею из-за этих расходов.

О стволовых клетках

— Люди до сих пор не понимают, под воздействием каких факторов стволовые клетки становятся различными тканями. Насколько мы можем прогнозировать и управлять их поведением?

— Вопрос очень хороший, поскольку многие люди не понимают, что такое стволовые клетки. На самом деле есть несколько типов стволовых клеток. Мы многое еще не знаем, но есть то, что уже хорошо изучено.

Я должна сказать, что мне не нравятся клиники, которые утверждают, что могут вылечить все болезни, используя стволовые клетки. Это не научно и может даже быть опасно для пациентов. Людям следует быть более осторожными. Поэтому лучше спросить об этом ученых или найти научные подтверждения.

Я отношусь к этому предвзято, и была бы очень осторожна с лечением с помощью этих клеток. Но все-таки есть научно доказанные способы лечения с использованием стволовых клеток, которые работают.

— В своей работе вы используете индуцированные клетки или абортивный материал?

— Стволовые клетки получают из разных источников. Они могут быть эмбриональными, но есть и взрослые. Этические проблемы у каждых клеток свои. Самая сложная работа для меня — это работа над эмбриональными клетками, поэтому я ими не занимаюсь.

Также не использую индуцированные клетки, которые происходят из соматических клеток. С точки зрения этики индуцированные клетки лучше эмбриональных. В моем исследовании я использую мезенхимные стволовые клетки — тип взрослых клеток.

Не знаю, разрешено ли в России работать над эмбриональными.

— Вы утверждаете, что при помощи стволовых клеток можно восстановить нервные. Какие перспективы открывает ваше исследование и на какой стадии оно находится?

— На протяжении долгого времени считалось, что нервные клетки взрослых людей не восстанавливаются. Есть такой термин — «нейропластичность», который означает, что в нашем мозге есть нервные стволовые клетки, и с их помощью некоторые функции, например, после травм, могут восстановиться.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки помогают в создании моделей разных болезней, связанных с нервными клетками, потом мы можем протестировать эту модель в лаборатории, используя разные препараты и таблетки. Применение плюрипотентных клеток для каждого пациента проходит специфично.

Если я хочу посмотреть, как определенный препарат влияет на конкретную нервную клетку, то могу это проверить в лаборатории, после чего смогу сказать, подходит этот препарат или нет.

В этом смысле исследования по стволовым клеткам очень полезные. Существуют больницы, которые используют эти исследования. Но использование терапии стволовых клеток — всё еще не до конца решенный вопрос.

Вокруг них много противоречий, поэтому я бы не использовала стволовые клетки как модель.

Нейропластичность — способность человеческого мозга изменяться под воздействием того или иного опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждений и в ответ на действия внешних факторов, то есть адаптироваться к любым ситуациям.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — тип стволовых клеток, получаемых из неплюрипотентных (преимущественно взрослых соматических или репродуктивных) с помощью эпигенетического перепрограммирования.
Способы перепрограммирования клеток:

Пересадка ядер из соматических яйцеклеток и в оплодотворенную яйцеклетку с удаленным ядром.
Слияние ранее трансформированных клеток (плюрипотентных) с соматическими.
Транскрипция (индукция) гена или белка в соматической клетке под воздействие определенного фактора.

— Суставной хрящ — одна из самых простых тканей в организме, но почему-то считается одной из самых сложных для тканевой инженерии. С чем это связано и как стволовые клетки могут помочь в решении этой проблемы?

— Суставной хрящ только кажется простым, но это совсем не так. Это связано с белком, который находится там. В нем очень много воды. Это то, что дает суставному хрящу функционировать. Он поглощает в себя толчки и воздействия.

К примеру, когда вы идете, суставной хрящ в колене принимает этот толчок. Но повторить это в лаборатории крайне сложно. Что мы можем сделать в лаборатории, — это суставной хрящ на самом раннем этапе. Он немного мягче, чем обычный зрелый.

Также можем создать волокнистый хрящ, который находится в ухе. Мы уже многое можем сделать, и тем самым мы помогаем пациентам, которые хотят пройти операцию. Суставные хрящи не могут сами восстанавливаться, поскольку в них нет кровообращения, кровеносных сосудов.

И когда пациенты делают операции, то есть, к примеру, в их колено имплантируется новый здоровый суставной хрящ, это, несомненно, помогает.

Выращивание суставного хряща проводится для замены поврежденного как альтернатива протезированию. Пока этот метод преимущественно находится на стадии экспериментального применения на подопытных животных, исследования ведутся только с коленным суставом.

Хрящевая ткань выращивается либо из стволовых клеток пациента, либо из его носовой перегородки, либо в поврежденный хрящ вводится коллагеновая мембрана, способствующая росту стволовых клеток.

Первые эксперименты с выращиванием и вживлением искусственного хряща в больное колено свиньи были успешными.

О 3D-печати живых тканей

— Печать живых тканей на 3D-принтерах выглядит как фантастика. Есть уже какие-то промышленные принтеры для тканей или же это всё пока лабораторный DIY?

— Я знаю, что есть неплохая компания в России — 3D Bioprinting Solutions. Я знакома с ней, потому что устраивала свою конференцию, и Юсеф Хесуани (управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions — «Хайтек») выступал там с темой «3D-магнитно-акустистический биопритер».

Этот биопринтер может работать даже там, где нет гравитации, то есть в космосе. Эта компания очень продвинутая. Их генеральный директор, профессор Владимир Миронов считается одним из главных создателей биопринтинга. Я бы сказала, что Россия очень преуспела в этой сфере.

Существуют также другие производственные 3D-принтеры. Вы можете приобрести такой принтер и создать какие-либо поделки. Насколько я знаю, еще невозможно распечатать функциональный человеческий орган, который будет работать. Проблема в размере и создании кровеносных сосудов. Это всё непросто.

Но в этой сфере очень быстро развивается прогресс. Однако это связано не только с медициной, но и с едой. Я работаю сейчас и в этой сфере. К примеру, уже появилось искусственное мясо, созданное в лаборатории. Сейчас компании пытаются создать на 3D-принтере стейк.

Всё еще невозможно это сделать, но люди работают над этим.

Юсеф Хесуани в 2016 году представил магнитно-акустический биопринтер (3D) «Орган.Авт» для выращивания тканей и органов в космической лаборатории.

Биопринтер работает в невесомости за счет магнитной левитации, выращиваемый биоматериал растет в магнитном поле в условиях микрогравитации. К концу 2018 года на «Орган.

Авт» изготовили шесть человеческих хрящей и шесть мышиных щитовидных желез. Так, Россия первой во всем мире напечатала в космосе живые биологические ткани.

— Почему такие сложности с 3D-печатью кровеносных сосудов? Чем они отличаются от других тканей?

— Вы можете создать трубку, которая будет работать, как кровеносный сосуд, и можете распечатать это. Проблема заключается в том, чтобы сделать это внутри ткани. Представим себе куб живых клеток, которые находятся в ткани, и сосуды должны проходить через этот куб.

Необходимо распечатать слои других клеток, и через эти кубы также должны проходить сосуды. Проблема заключается в том, чтобы сделать это одновременно, поскольку вы работаете над живыми клетками. То есть то, что вы печатаете, этот куб тканей, это, так скажем, обман.

Очень много вложений в такие исследования, и работы постоянно над этим идут.

Удачный эксперимент по 3D-печати кровеносных сосудов был проведен китайской компанией Sichuan Revotek при поддержке Сычуаньского университета.

Сосуды были сделаны из биочернил на основе стволовых клеток из жировой ткани обезьян и питательных веществ. Эксперимент был проведен на 30 обезьянах.

За неделю имплантированные сосуды превратились в естественные сосудистые клетки и через месяц функционировали, как исходные.

О гемопоэтической крови и биосенсорах

— Многие говорят, что банки гемопоэтической крови — это надувательство для богатых клиентов. Действительно ли с помощью пуповинной крови можно лечить заболевания у взрослых людей?

— Банки гемопоэтической крови были очень популярны несколько лет назад. Когда мои друзья собирались рожать, они спрашивали совета насчет этого. Это очень дорогая процедура. Я всегда говорила, что нет стопроцентной уверенности, что вы используете эти клетки. Тем более одного образца недостаточно.

Теоретически вы могли бы вылечить болезнь, но необходимо какое-то количество клеток. Некоторые утверждали, что эти разные образцы могут быть совмещены. Но они совпадают (антигены тканевой совместимости). Это группа антигенов гистосовместимости. Но пока всё еще это не развито, и их даже официально не используют.

Повторюсь: нужно быть очень аккуратным и внимательным. Это выбор каждого, но сама я бы на такое не пошла.

Банки гемопоэтической (пуповинной) крови — организации, которые занимаются длительным хранением замороженной пуповинной крови. Были в 1990-е годы, когда появились предположения, что с помощью стволовых клеток крови можно лечить многие болезни.

Публичные (государственные) банки принимают кровь бесплатно и могут передавать любому нуждающемуся. Частные хранят биоматериал платно и выдают тем, кто его сдал или его близким родственникам.

Гемопоэтическая кровь применяется для трансплантации стволовых клеток при лейкозах, болезнях крови и иммунной системы и для восстановления крови после химиотерапии.

— Биосенсоры называют новым методом мониторинга любых биологических объектов. Это какая-то универсальная технология или гигантский набор биологических, химических, электронных и других маркеров?

— Биосенсоры — это сенсоры, которые используют биорецепторы. Биорецепторами могут быть ДНК или антитела. С помощью этих биосенсоров можно найти клетку или определенное вещество — например, токсичное. После того, как вы обнаруживаете их, с ними что-то происходит.

Это может вызвать окислительное восстановление, которое заставляет электроны двигаться. Нужно также обнаружить изменения в напряжении и замерить их. В каждом сенсоре вы используется разные технические устройства. Я бы не назвала это универсальной технологией.

Я сталкивалась с исследованиями, в которых сенсоры обнаруживают бактерии в пиве, чтобы определить, можно ли его пить. У нас также есть проект, который работает над биосенсорами. Я ездила в малонаселенные города и сомневалась, можно ли пить их воду.

Я везла с собой сенсор, который сама создала. Он очень похож на тест для определения беременности. Могу его положить в воду, и он изменит цвет, если нет бактерий — это значит, что вода чистая. Если изменится на другой цвет, то я понимаю, что бактерии есть.

Это очень удобно.

То, что я описала сейчас, это простые сенсоры, это ответ «да» или «нет». Если вы хотите знать определенную бактерию, это сложнее. Чтобы узнать, нужно сделать тест ДНК.

Это возможно сделать прямо на месте, но информации будет очень много. Также нужны определенная техника и использование искусственного интеллекта, чтобы проанализировать данные.

Если это маленькая молекула, можно обойтись и без ИИ. Но если данных действительно много, он понадобится.