Сердечно-сосудистые заболевания являются ведущей (47,8 %) причиной смертности в мире, ежегодно уносящей около 20 миллионов жизней. Среди этих недугов, в свою очередь, преобладают инфаркт и другие патологии сердечной мышцы — миокарда. «Молекулу ДНК ничего не волнует, и она ничего не знает. Она просто есть. А мы пляшем под ее дудку», — эти слова Ричарда Докинза заведующий лабораторией эпигенетики развития ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН доктор биологических наук Сурен Минасович Закиян полностью относит и к кардиомиоцитам. Ритм жизни от рождения до смерти задан сокращением этих крошечных клеток, но в их оркестре человек может стать аккуратным и умелым дирижёром.
Сердце человека состоит не только из мышечной ткани и ее клеток. Зрелых кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы) в нашем «моторе» содержится только 25 %. Остальные — клетки крови, сосудистой, фиброзной, жировой ткани и другие. Еще 20 лет назад считалось, что кардиомиоциты не способны к регенерации, и их восполнение происходит за счет гипертрофии, то есть увеличения размера. Около 30 % этих клеток с достижением преклонного возраста исчезает, но на те же 30 % оставшиеся наращивают свой объём, арифметика простая. Правда, когда произвели точные подсчёты, то выяснилось, что новые кардиомиоциты все же появляются в течение жизни. Например, у человека в возрасте 20 лет обновляется примерно 1 % клеток миокарда в год, в 75 лет — 0.3 %. Это вроде бы немало: около половины сердца за жизнь человека все-таки обновляется. И учёные занялись поиском так называемых кардиальных стволовых клеток — источника регенерации миокарда. Когда в 2003 году такой «кандидат» с определенным молекулярным маркером (белком С-kit) был обнаружен, это вызвало известный энтузиазм: из этих клеток появилась возможность получить клетки сосудистой ткани и, соответственно тогдашним прогнозам, — кардиомиоциты.
Потенциальная возможность вводить в организм материал, из которого пойдет процесс восстановления того же миокарда, не могла не вызвать энтузиазма. Однако в 2014—2015 году наступило некоторое охлаждение. После точных генетических исследований стало понятно, что С-kit позитивные клетки участвуют исключительно в регенерации сосудов, и не более того. Это необходимо, но абсолютно недостаточно для восстановления после инфаркта или другого ишемического поражения миокарда. Теперь наступило время не прорыва, но осмысления всего наработанного.
«Я проиллюстрировала возможные пути регенерации миокарда с помощью модели «эпигенетического ландшафта» английского биолога Конрада Уоддингтона, которую он предложил в 1957 году для объяснения онтогенеза (индивидуального развития организма)», — рассказала сотрудница лаборатории эпигенетики развития ФИЦ ИЦиГ кандидат биологических наук Софья Викторовна Павлова. Согласно предложенной ею схеме, кардиомиоциты, как и любые другие дифференцированные клетки организма, совершают индивидуальный путь развития от неспециализированной клетки-предшественника, расположенной на «вершине холма», двигаясь по специфическому пути — «ущелью» — до подножия и проходя возможные распутья. «Можно предположить, что кардиальные стволовые клетки, способные дифференцироваться в кардиомиоциты, могут быть расположены в этих «развилках». Что касается недавних кандидатов на роль стволовых С-kit позитивных клеток (исследуемых с 2003 года), то они, как было показано, расположены в «независимом ущелье», которое никак не пересекается с клетками-предшественниками кардиомиоцитов», — считает Софья Викторовна. «Других кандидатов на роль кардиальных стволовых клеток пока нет, но в этом и заключается интрига», — прокомментировала ситуацию коллега сибирских учёных профессор МГУ доктор биологических наук Елена Викторовна Парфёнова.
Учёные предполагают, что новые кардиомиоциты могут получаться в результате трансдифференцировки, например, стволовых клеток крови или тех же С-kit позитивных клеток сердца. Но для этого они должны перескочить из своего «ущелья» через «водоразделы» в «ущелье» кардиомиоцитов или их предшественников. Свидетельства этому явлению есть, но их надо тщательно проверять. И, наконец, самый подтвержденный на сегодняшний день способ образования новых кардиомиоцитов во взрослом сердце млекопитающих — это деление небольшого пула «незрелых» кардиомиоцитов, которые, согласно модели «эпигенетического ландшафта», можно расположить близ «подножия холма». По всей видимости, эти клетки полностью обеспечивают обнаруженную регенерацию миокарда, поскольку их количество и скорость деления очень хорошо согласуется с приведенными оценками.
«Сегодня регенеративная медицина вышла на очередной этап проб и ошибок, очень разнонаправленных поисков и экспериментов на лабораторных животных, —констатировала Софья Павлова. — Некоторых коллег так и хочется спросить: «Зачем вы это начали, ведь понятно, что ваши результаты заведомо неприменимы для человека?». Но если ничего не делать, то ничего и не узнаешь. У себя в лаборатории мы сосредоточились на получении кардиомиоцитов из стволовых клеток и их пересадке в организм». Тут есть немало подводных камней: приживутся ли трансплантированные кардиомиоциты, будут ли они сокращаться в чужом органе и в каком ритме, не начнут ли они нарушать работу сердца и вызывать аритмии, и в конечном итоге — не превратятся ли в раковые? Людям такой материал пересаживать, естественно, нельзя.
«Нам уже вполне доступна технология направленной дифференцировки стволовых клеток, но необходимо добиваться высокого, около 90 %, содержания кардиомиоцитов в получаемой культуре, — отметил Сурен Закиян. — Пока же получается 20—30 %. Повышать этот показатель мы планируем с помощью разных методов селекции, сортировки клеток, но и на таком уровне кардиальной дифференцировки можно уже получать интересные результаты». Работы ведутся в кооперации с командой профессора Константина Игоревича Агладзе из МФТИ: москвичи занимаются изучением распространения возбуждений в сердечной ткани. Подчеркнем, что речь идет о перспективе новых знаний, но пока не о революции. С.М. Закиян: «За последние десять лет в нашей области единственным прорывом стала геномная трансформация клеток, но когда и насколько она может быть применима к кардиомиоцитам — вопрос открытый». И уж тем более рано помышлять о медицинской практике. Когда вы где-то читаете про «лечение клетками», тем более «стволовыми» — это явное шарлатанство.
«Если говорить о перспективной работе полного цикла, то клеточные регенеративные процессы в миокарде мы планируем конструировать по нескольким моделям, — сообщила Софья Павлова. — Во-первых, это попытка восстановления сократительной функции сердца за счет трансплантации кардиомиоцитов полученных in vitro из стволовых клеток. Наиболее перспективный подход — это технология cell-sheet, то есть наложения листов воссозданной сердечной ткани на пораженный участок. Эти «заплатки» могут быть сформированы как на естественных подложках из белков экстраклеточного матрикса, так и на искусственных биодеградируемых матрицах различного состава. Другая модель — создание биологических пейсмекеров — клеток, которые генерируют импульс для согласованного сокращения клеток миокарда, необходимого для выполнения насосной функции сердца». В целом же учёные пока что расстались с мыслью «починить» сердце изнутри, но питают надежду восстанавливать его ткани адресной доставкой созданного в лаборатории клеточного материала.
Здесь важным рубежом стала работа с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, которые можно получить из фибробластов и других типов клеток организма in vitro. Сотрудники лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ показали, что такие кардиомиоциты способны выполнять сократительную функцию — это очень хорошо просматривается на видео, снятом кандидатом биологических наук Еленой Дементьевой. «Но над эффективностью процесса дифференцировки еще предстоит работать», — уточнил С.М. Закиян. Проблемой номер два, не менее важной, учёный назвал адресную доставку таких клеток точно в зону поражения, чем сегодня занимаются не только в ИЦиГе, но и во всём мире.
Андрей Соболевский
Фото: автора, схема из презентации Софьи Павловой
