Кислота помогла превратить обычные клетки в удивительные стволовые

В ходе эксперимента со стволовыми клетками и флуоресцентными маркерами учёные получили светящийся зелёным светом эмбрион

(фото Haruko Obokata).

Слева обычные Т-лимфоциты, справа ≈ плюрипотентные клетки, результат воздействия кислой среды

(фото Haruko Obokata).

Основной вклад в развитие технологий на основе стволовых клеток делают японцы. С тех пор как в 2006 году Синъя Яманака (Shinya Yamanaka) заявил о том, что эмбриональные клетки можно получать без использования эмбрионов, открылись новые перспективы регенеративной медицины.

До сегодняшнего дня основной альтернативной стволовым клеткам были созданные Яманакой индуцированные плюрипотентные клетки. Путём непростых манипуляций медики научились "перепрограммировать" обычные клетки человека в стволовые, как бы возвращая их в состояние, подобное эмбриональному. В дальнейшем учёные Японии представили немало интересных решений, дошли до клинических испытаний и даже пересадки тканей из стволовых клеток.

Теперь же группа исследователей из Страны восходящего солнца порадовала научное сообщество своим новым достижением. Медики смогли перепрограммировать клетки в стволовые, всего лишь использовав воздействие внешней среды. Для манипуляций потребовалась кислотная "ванна". Полученные клетки оказались ещё более податливыми, чем обычные ИПК.

"Это просто удивительно. Я бы никогда не подумал, что внешнее воздействие может иметь такой эффект!" — признаётся соавтор исследования Йосики Сасай (Yoshiki Sasai), специалист по стволовым клеткам из Центра биологии развития RIKEN, который работал над этим проектом совместно с сотрудницей того же института Харуко Обокатой (Haruko Obokata).

В ходе эксперимента со стволовыми клетками и флуоресцентными маркерами учёные получили светящийся зелёным светом эмбрион
(фото Haruko Obokata).

Исследовательница рассказала, что идея перепрограммирования клеток посредством внешнего воздействия пришла к ней почти случайно. Культивируя клетки в лаборатории, Обоката заметила, что некоторые из них после выжимания из капиллярной трубки сокращаются в размерах почти до объёма эмбриональных клеток.

Затем она решила провести эксперимент и посмотреть, как различные внешние воздействия скажутся на плюрипотентности клеток. В ход пошли высокие температуры, голод и среда с повышенным содержанием кальция. Оказалось, что три фактора — бактериальный токсин, который проникает через мембрану клетки, воздействие среды с низким водородным показателем и физическое сжатие — вызывают появление маркеров плюрипотентности.

Но чтобы доказать, что полученная культура действительно состоит из плюрипотентных клеток, необходимо было продемонстрировать, что клетки способны стать частью любой ткани тела. Обоката обратилась к Терухико Вакаяме (Teruhiko Wakayama) из университета Яманаси, специалисту по клонированию лабораторных мышей. Он поначалу отнёсся скептически к предложенной идее.

В эмбрион мыши ввели потенциально плюрипотентные клетки, снабжённые флуоресцентными маркерами. При положительном результате светящиеся клетки должны были проявиться в каждой ткани новорождённого грызуна. Изначально исследователи получили мышь со слегка светящимися тканями организма — плюрипотентные клетки не сильно распространились по телу. Однако, после того как исходный материал взяли у только что родившихся мышей, а не из тела взрослой особи, получился зародыш, тело которого излучало зелёный свет полностью.

Слева обычные Т-лимфоциты, справа ≈ плюрипотентные клетки, результат воздействия кислой среды
(фото Haruko Obokata).

На финальном этапе исследования учёным оставалось убедить скептиков в том, что исходный материал представлял собой обычные зрелые клетки, а не заранее перепрограммированные в плюрипотентные. Для этого Обоката создала стволовые клетки посредством внешнего воздействия на Т-лимфоциты, тип белых кровяных телец, степень зрелости которых легко определить по перестроению генов в ходе развития. Процесс получения культуры в лабораторных условиях был снят на видео в качестве вещественного доказательства истинности эксперимента.

Обоката назвала этот феномен стимулированно приобретённой плюрипотентностью (stimulus-triggered acquisition of pluripotency или STAP). Проявление свойств стволовых клеток при воздействии внешнего стресса учёные объясняют тем, что это может быть стандартной реакцией организма на различного рода травмы. То есть для скорейшей регенерации тканям необходимо производить плюрипотентные клетки, которые восполнят нанесённый средой ущерб.

В ходе эксперимента учёные заметили ещё одну уникальную способность культивированных клеток — оказалось, они способны самостоятельно формировать плацентарную ткань, а этого не могут ни обычные плюрипотентные клетки, ни даже естественные эмбриональные стволовые. Вакаяме утверждает, что это открытие может совершить настоящий прорыв в клонировании, хотя идея пока находится "на стадии мечты".

Исследователи уже получили хорошие результаты после перепрограммирования дюжины типов клеток — мозга, кожи, лёгких, печени и многих других тканей. Эффективность конвертации клеток в плюрипотентные обычнями методами составляет всего 1%, тогда как метод Обокаты намного более эффективен. Около четверти всех клеток переживают воздействие среды и 30% из выживших трансформируются в стволовые клетки.

Свои результаты Обоката планирует в дальнейшем использовать для изучения естественных процессов организма, то есть образования стволовых культур вследствие стрессового воздействия окружающей среды. А об этой работе она рассказала в статье, которая недавно была опубликована в журнале Nature.

Дополнение от 2 апреля 2014 года:

В первых числах апреля 2014 года независимая комиссия из шести человек (четыре представителя RIKEN, двух университетских работников и адвоката) объявила, что исследование Обокаты окончательно признано фальсификацией. Результаты расследования в центре RIKEN также подтвердили, что снимки и данные в исследовательской статье не имели никакого отношения к эксперименту.

Учёные проверили работу по шести пунктам. В четырёх случаях ошибки признаны незначительными, а ещё в двух – откровенной манипуляцией данными с неверными выводами. Впрочем, в течение ближайшего года учёные всё же будут пробовать воспроизвести результаты. Любой успех будет проверен третьей стороной.

Сама автор исследования, Харуко Обоката, высказала крайнее возмущение выводами коллег: "Я была шокирована докладом комитета и собираюсь подать апелляцию в ближайшее время".

Японская пресса также отмечает, что этот скандал пошатнул позицию женщин в науке в целом.

Премьер-министр Синдзо Абэ (Shinzo Abe) приложил немалые усилия, чтобы установить равноправие полов в исследовательской среде, однако после фальсификации Обокаты "центр тяжести" вновь сместился в сторону сугубо мужского научного сообщества.

Также по теме:
Стволовые клетки впервые удалось перепрограммировать химическим путём
Нобелевская премия вручена за превращение обычных клеток в стволовые
Магнитное поле помогло извлечь стволовые клетки из мозга крысы
Производить стволовые клетки научились с рекордной эффективностью
Эмбриональные стволовые клетки вырастили прямо в теле
Учёные нашли стволовые клетки раковых опухолей