В 2006 году японским учёным Синъя Яманака была разработана технология генетического репрограммирования клеток взрослого организма в стволовые плюрипотентные (своего рода многофункциональные). Они также называются индуцированными плюрипотентеыми стволовыми клетками. То есть уже определившиеся со своими функциями клетки взрослого организма стало возможным вернуть в «юное» эмбриональное состояние, избегая вышеупомянутых этических трудностей.

В 2012 году Синъя Яманака получил за это открытие нобелевскую премию по медицине и физиологии. Но у этой методики есть свои недостатки: учёный и его команда использовали для репрограммирования клеток генетические конструкции, которые находятся в вирусных векторах. Стоит отметить, что у данного метода есть один недостаток: вирусная ДНК, попадая в клетку, встраивается в её геном, и тем самым изменяет его. Всё это может привести к непредсказуемым последствиям, в том числе и к злокачественным трансформациям, то есть к раку.

В 2015 году компания «Мерк» представила технологию Simplicon, которая позволяет получать плюрипотентные стволовые клетки, используя для репрограммирования не ДНК, а молекулы РНК. Подробное описание технологии — в этой статье журнала Cell Stem Cell.

«РНК в отличие от вирусной ДНК не встраивается в геном и живет очень непродолжительное время, что делает процедуру получения стволовых клеток более доступной, эффективной, а главное, более безопасной», — комментирует доктор биологических наук, научный руководитель отдела эпигенетики, главный научный сотрудник Института общей генетики имени Вавилова РАН, профессор Сергей Львович Киселёв.

Репрограммирующая система Simplicon представляет собой синтетическую нить РНК, кодирующую белки, ответственные за процесс репрограммирования. С помощью этой молекулы РНК дифференцированные («взрослые») клетки превращаются в плюрипотентные (вновь «молодые»), а молекулы синтетической РНК полностью удаляются из клетки.

В декабре 2015 года R&D Magazine включил технологию Simplicon в список 100 лучших изобретений 2015 года. Престижные награды R&D Magazine 100 Award, которые также называют «Оскарами изобретений», получают создатели 100 наиболее инновационных разработок в области науки и технологий, вышедших на рынок за год.

Для чего нужно репрограммировать клетки?

Репрограммирование клеток необходимо для того, чтобы получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые потом можно использовать для выращивания любой специализированной ткани организма. Например, команда Яманаки впоследствии получила клетки сетчатки глаза, которые затем имплантировали пожилым людям. Ожидается, что использование «омоложенных» клеток позволит восстановить зрение стариков (положительные результаты уже есть).

Из плюрипотентных стволовых клеток даже могут быть получены нейроны, которые синтезируют гормоны серотонин или дофамин. Сейчас активно исследуются возможности использования метода трансплантации клеток для лечения диабета, а также некоторых нейродегенеративных заболеваний. В ближайшее время должны начаться клинические испытания методов лечения «молодыми» клетками сердечно-сосудистых заболеваний.

Когда технология репрограммирования клеток станет массово доступной?

Клинические испытания по использованию плюрипотентных стволовых клеток начались относительно недавно, а в норме они занимают 10-12 лет. Первая имплантация клеток сетчатки глаза в рамках клинических испытаний состоялась в 2013 году. Но уже через десяток лет в случае удачного исхода испытаний использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для трансплантаций станет неотъемлемым элементом медицины.
Параллельно с разработкой методов клеточной трансплантации произведённые iPS-клетки уже сегодня служат для персонального подбора лекарственных средств (ранее для этих целей использовались в лучшем случае мыши). Также стволовые клетки используются для выяснения механизмов развития заболеваний.

Например, известно, что многие лекарства имеют кардиотоксичность, то есть их использование вредит сердцу человека. Использование технологии репрограммирования позволяет из кожи пациента получить клетки его сердечной мышцы, кардиомиоциты, испытать на них лекарственное средство и в случае положительного ответа рекомендовать его пациенту. Таким образом, уже сегодня технология репрограммирования используется в персонализированной медицине и позволяет точнее подбирать лекарства.

Репрограммирование клеток в России

Исследованиями и разработками по репрограммированию клеток также занимаются и российские учёные. Наибольших успехов в данном направлении достиг коллектив отдела генетических основ клеточных технологий Института общей генетики имени Вавилова РАН: в 2009 году ему удалось запатентовать свой метод репрограммирования с помощью РНК.

Новые технологии подобные Simplicon обеспечивают удобство исследований и снижают их стоимость, позволяя большему количеству учёных заниматься этим направлением. Профессор Сергей Львович Киселёв отмечает следующие достижения российских учёных: «На данный момент мы изучаем применение метода репрограммирования с помощью РНК в самых разных областях медицины.

Например, в области неврологии нам удалось изучить эффективность использования плюрипотентных стволовых клеток для лечения болезни Паркинсона. Кроме того, мы исследуем возможности стволовых клеток в терапии сердечно-сосудистых заболеваний, а также предполагаем, что сможем использовать репрограммированные клетки для лечения генетически наследуемых патологий, связанных со зрением".