Смена профессии

Их идея состоит в том, что нужно заставить фибробласты поменять специализацию – «превратиться» в клетки сердечной мышцы. Другими словами, «перемотать назад» изменения, произошедшие после инфаркта.

С точки зрения фундаментальной науки миссия выглядит вполне осуществимой. Клетки нашего организма могут сильно отличатся как по виду, так и по задачам, которые они выполняют. Например, мышечная клетка в нашем бицепсе должна сокращаться, а нервная клетка – передавать нервные импульсы. Но, несмотря на это, в каждой из них содержится совершенно одинаковый набор генов.

Клетки отличаются потому, что в разных видах активированы разные гены (все остальные гены при этом никуда не деваются, но они «спят», поскольку не нужны клетке для выполнения ее специфической работы). Ученые уже умеют «включать» и «выключать» нужные гены, чтобы превращать клетки одного вида в клетки другого, или же вообще в неспециализированные – те самые, стволовые клетки. Из них потом можно «вырастить» клетку любой «профессии». За работы в этом направлении Японский исследователь Яманака Синъя в 2012 году получил Нобелевскую премию в области физиологии или медицины.

Но если говорить о конкретной задаче, когда нужно «превратить» клетки соединительной ткани человека в кардиомиоциты, да еще и сделать это не «в пробирке», а в организме живого человека, то такого во всем мире, как уверяет Оксана Пивень, еще не делал никто. Готового рецепта решения подобных задач не существует – его нужно создать, и обычно это делается путем проб и ошибок.

Пять элементов

Исследователи из ИМБиГ сейчас работают с клеточной культурой крыс. Простыми словами, у них в чашке Петри есть крысиные эмбриональные фибробласты, которые нужно «превратить» в кардиомиоциты. Для этого нужно «разбудить» пять совершенно конкретных генов, известных специалистам под именами GATA4, MyoD, Tbx5, Mef2c та HAND2. Каждый из них включает целый каскад других генов и тогда клетка становится кардиомиоцитом и выполнять все присущие ему функции.

Существует несколько разных способов «включить» нужные гены. Каждый имеет свои преимущества и недостатки, например, может в будущем вызвать рак (если речь идет о работе с организмом животного или человека). Наши исследователи для этих целей решили использовать систему CRISPR/Cas9, за пределами профессионального сообщества хорошо известную под названием «генетические ножницы».

Она и правда часто используется в самых разных экспериментах для того, чтобы разрезать молекулу ДНК именно в том месте, где нужно исследователю. Но в нашем случае используется другая ее модификация, которая ничего не режет (и не нужно), а находит конкретный ген, присоединяется к нему и «включает» его.

Нашим ученым удалось настроить эту молекулярную систему таким образом, чтобы она включала те самые пять генов в клетках крысиных фибробластов. В результате в клетках действительно стали работать разные гены, характерные именно для кардиомиоцитов. Это хорошие новости – процесс «превращения» начался. Но проблема в том, что клетки все еще не способны сокращаться, как это делают настоящие кардиомиоциты.

Сейчас ученые пытаются понять, почему этого не происходит. В ближайшее время они хотят добавить в химический коктейль некоторые вещества, которые могут заставить клетки еще больше расстаться с их фибробластной специализацией. Получится или нет – будет понятно только по результатам эксперимента.

От крысы к человеку

Параллельно группа Оксаны Пивень начала работать над вторым этапом большой задачи. Здесь уже пройденный путь нужно повторить на культуре человеческих клеток. Это значит, что нужно по-новому настроить молекулярную систему CRISPR/Cas9, поскольку ее «крысиный» вариант отличается от «человеческого» для четырех генов из пяти.

Сначала решили работать со стволовыми клетками пуповины (нет, это не абортивный материал, все делается легально и этично – по согласию рожениц). Когда на этом этапе все пройдет успешно, ученые перейдут уже к экспериментам на более сложном «материале» – фибробластах взрослого человеческого организма.

Можно не сомневаться, что итогом всей этой работы станут ценные научные результаты, которые авторы опубликуют в одном из международных специализированных журналов. Более сложный вопрос в том, помогут ли эти исследования лечить людей от последствий инфаркта миокарда. Если быть предельно точным и честным, то ответа на него не знает никто. Все по той же причине — это новая область исследований и всех сложностей на этом пути предвидеть невозможно. Вполне может оказаться, что некоторые из них сегодня неразрешимы. Это совершенно типичная ситуация для научной работы.

А оптимистический сценарий может выглядеть следующим образом. После успешного «превращения» в чашке Петри крысиных фибробластов в кардиомиоциты, нужно проделать все то же, только уже в организме лабораторной крысы, которую перед этим «заставят» перенести инфаркт.

Если и здесь все пройдет удачно, то такой же эксперимент нужно повторить уже на животных, чей организм больше похож на человеческий. Скорее всего, на свиньях. Это называется доклинические исследования. И только после этого настанет очередь клинических исследований, то есть, уже на людях. Сначала нужно убедиться в том, не вредит ли такое «лечение», а уже потом – лечит ли оно.

«Насколько я могу прогнозировать, самое плохое, что может произойти с пациентом в результате такой терапии – это ничего, – говорит Оксана Пивень. – Просто все останется как есть, но повредить человеку это не сможет».

Все эти этапы исследования можно провести в Украине, хотя для этого, безусловно, нужно финансирование, с которым у наших ученых всегда есть сложности. Но это уже отдельная история. Даже при самом оптимистичном сценарии клиническое применение новой медицинской технологии станет возможным не раньше, чем через несколько лет.

Пневмонии бывают очень разные. Бывают обычные, вызванные обычными бактериями – пневмококками. В этом случае они лечатся дома обычными антибиотиками и через три недели человек практически здоров.

А бывают пневмонии атипичные – их вызывают атипичные возбудители, такие, например, как некоторые коронавирусы. Но не только они – тот самый вирус гриппа, вирус кори, микоплазмы, клебсиеллы и многие другие. Такие пневмонии, как теперь мы знаем, могут быть очень коварными и даже смертельными. К счастью, далеко не всегда.

Среди атипичных возбудителей есть один, о котором большинство людей, если они не медики, не слышали и не сталкивались с ним.

Его научное название – Pneumocystis jirovecii и вызывает он так называемую, пневмоцистную пневмонию. Это проблема, с которой в первую очередь сталкиваются больные СПИДом, а также онкогематологическими заболеваниями и пациенты после трансплантации органов. Если вы не входите в группу риска, то можете быть уверены на все 100%, что не заболеете.

Ученые долго спорили о систематической принадлежности возбудителя пневмоцистной пневмонии, пока не пришли к выводу, что он относится к грибам. Это важный момент, поскольку то, что для нас просто «микроб», на самом деле может быть вирусом, бактерией (которые тоже разные бывают), простейшим (многие из которых относятся к животным) или грибом. А это значит, что болезни, вызванные такими возбудителями, лечатся совершенно по-разному (все же знают, что антибиотики при гриппе не только не помогают, но и могут вызвать еще большие проблемы).

Так же и с возбудителем пневмоцистной пневмонии. Обычные антибиотики, которыми лечат обычное воспаление легких, на него не действуют. Хотя, уже давно есть препараты, которые неплохо справляются с этим грибком. В общем, вылечить это заболевание можно, хотя там есть свои сложности. Но для этого его сначала нужно диагностировать. А вот здесь – все непросто.

Сложности диагностики

Клиническая картина у такой пневмонии имеет свои особенности, но ее вполне можно спутать с некоторыми другими видами пневмонии. Рентгеновский снимок или результаты компьютерной томографии могут помочь, но тоже не гарантируют правильный диагноз. А для того, чтобы лечить пневмоцистную пневмонию, ее нужно диагностировать совершенно уверено и понимать, что это именно она, а не какая-то другая.

Будь это бактерия – ее можно культивировать в специальной среде, как это обычно делают с разными болезнетворными бактериями, чтобы определить их видовую принадлежность и чувствительность к антибиотикам. Но этот гриб отказывается расти в чашке Петри.

Чтобы определить пневмоцисту на вооружении нашей медицины есть микроскопический метод. Это значит, что образец мокроты пациента помещают под микроскоп и смотрят, какие микроорганизмы видно. Иногда пневмоцисту действительно удается рассмотреть, но очень часто – не удается, несмотря на то, что именно она является причиной болезни. В таких случаях говорят, что метод обладает низкой чувствительностью.

Поэтому, на практике часто случается так, что от пневмоцисты пациентов начинают лечить уже тогда, когда лечение обычной пневмонии не привело к позитивной динамике. Часто такое лечение начинается слишком поздно. По некоторым оценкам (официально такой статистики нет) около 10% больных СПИДом в Украине умирают от пневмоцистной пневмонии.

А как же ПЦР?

Метод полимеразной цепной реакции, о котором так много говорят в последнее время, давно стал «золотым стандартом» при выявлении самых разных возбудителей болезней. По фрагменту генетического материала он позволяет с большой точностью сказать, есть ли в организме человека, например, вирус гепатита С, возбудитель герпеса, вирус папилломы или, наконец, SARS-CoV-2. Тест-системы на базе ПЦР широко используют во множестве лабораторий.

Почему бы с помощью этого метода не диагностировать пневмоцистную пневмонию? Именно так и делают во многих странах. Но не у нас.

Приблизительно 4 года назад к Елене Мошинец, кандидату биологических наук и старшему научному сотруднику Института молекулярной биологии и генетики (ИМБиГ) обратились микробиологи-клиницисты из одного медицинского центра, где занимаются лечением больных СПИДом. Они попросили разработать такую тест-систему, чтобы вовремя диагностировать и лечить пациентов с пневмоцистной пневмонией.

Вариант купить тест-систему импортного производства не рассматривался. Проблема даже не в стоимости, а в том, что их вообще не было на рынке (по крайней мере, на тот момент). В развитых странах лечебные учреждения, которым часто приходится диагностировать пневмоцистную пневмонию, производят такие тест-системы собственными силами для себя самих или заказывают в других научных учреждениях, которые такой заказ готовы выполнить. Коммерческого продукта не было, скорее всего, потому что для бизнеса он не представлял особого интереса. Другими словами, даже за рубежом, нельзя пойти в аптеку, он-лайн магазин или на склад и купить такую тест систему.

Метод ПЦР очень хорошо знаком молекулярным биологам и генетикам, которые постоянно используют его для своих самых разных исследовательских задач. Поэтому группа Елены Мошинец решила взяться за эту задачу. Финансирование на реактивы, расходные материалы и зарплату для коллектива из шести человек удалось найти по одной из программ Национальной академии наук Украины – 200 тысяч гривен.

Чуть меньше чем за год тест-система была создана. Осенью 2016 года ее проверили на пациентах в Киевском городском центре профилактики и борьбы со СПИДом на базе Киевской городской клинической больницы №5. Оказалось, что она достаточно чувствительна – хорошо «видела» пневмоцисту в тех образцах, где методами микроскопии ее найти не удалось.

Некоммерческий диагноз

Чтобы легально применять такую тест-систему, она должна пройти сертификацию согласно действующему законодательству. Елена Мошинец обратилась в одну из юридических фирм, где посчитали, что с учетом всех скидок (как для некоммерческой структуры) юридическое сопровождение этой процедуры будет стоить приблизительно столько же, как и сама разработка тест-системы – около 200 тысяч гривен.

Совершенно лишним будет говорить, что эту статью расходов НАНУ позволить себе не могла (здесь вообще стоит напомнить, что первоочередной задачей НАНУ не должны быть такие разработки прикладного характера, но это отдельный разговор).

Создатели тест-системы пытались найти спонсоров или инвесторов, готовых профинансировать ее сертификацию, но безуспешно. Причина в том, что она мало кому интересна: относительно здоровому человеку пневмоциста никак не угрожает, а страдают от нее в первую очередь представители социально незащищенных слоев общества (много ли на них заработаешь?).

За последующие годы ситуация не поменялась. Точно и быстро определить пневмоцисту в нашей стране сегодня нельзя ни в государственном медучреждении, ни в хорошей коммерческой лаборатории.

«Тест есть, проблема есть, решения пока не видно», – подводит итог Елена Мошинец.

Время от времени к ней в личном порядке обращаются доктора из коммерческих клиник с просьбой определить пневмоцисту в биологическом образце пациента. Технически – это не сложно. А юридически – никак нельзя. Елена Мошинец утверждает, что у нее нет личного коммерческого интереса в этой разработке. Но, конечно, как ее автор она все еще надеется, что найдется кто-то, кто поможет воплотить в жизнь этот социально-значимый проект.

Упражнения с ядрами

С научной точки зрения это название, конечно, не правильное и исследователи не используют его всерьез. Но для того, чтобы такие дети родились, кроме мамы и папы действительно нужна еще одна женщина, от которой ребенок унаследует 37 генов в придачу ко многим тысячам от настоящих родителей. Хотя эти 37 очень важны для нашего организма, они прямо не повлияют на цвет глаз, характер и способность играть в шахматы.

Историю появления таких детей в Украине можно начать с 2014 года. Тогда в клинике, где работает Павел Мазур, решили создать новую технологию, чтобы решить проблему возрастного бесплодия. Биологические законы таковы, что приблизительно в 37 лет у женщины начинает резко снижаться способность зачать ребенка даже с помощью вспомогательных репродуктивных технологий. После 40 это сделать очень сложно, хотя, все еще возможно и можно найти массу положительных примеров. Но, как правило, для этого нужны огромные усилия и даже они ничего не гарантируют.

У наших исследователей возникла гипотеза, которую очень упрощенно можно сформулировать следующим образом. Проблема женщин старшего возраста в том, что их ооциты (это женские половые летки, которые часто ошибочно называют яйцеклетками), имеют цитоплазму «в возрасте» – именно она виновата в их бесплодии.

Здесь придется вспомнить школьный урок, где изучали строение клетки. Для нас пока достаточно понимать, что у клетки (в том числе ооцита) есть ядро с ДНК (теми самыми генами, где вся-вся информация о нашем организме) и цитоплазма. Цитоплазма – это «внутренний океан» клетки – все, что окружает ядро. В этом океане есть множество разных органелл, которые каждую секунду выполняют невообразимые операции, без которых нет жизни в самом прямом смысле этого слова. Единственная органелла, которую нам нужно знать для этой истории – митохондрия, но к ней мы вернемся позже.

Чтобы решить проблему – предположили наши исследователи, – нужно «возрастную» цитоплазму заменить «молодой». Для этого нужен донор – молодая женщина с хорошим репродуктивным здоровьем, которая пожертвует свой ооцит, еще не успевший созреть. Из него ученые уберут ядро с генами и заменят его ядром (то есть генами) старшей женщины, которая хочет стать мамой. Подобные операции называют «ядерными переносами». В результате всех этих сложных манипуляций, у нас получится ооцит с «возрастными» генами будущей мамы и «молодой» цитоплазмой донора. А дальше – все по накатанной дорожке, хорошо знакомой любому хорошему эмбриологу.

Но гипотеза не подтвердилась. Эксперименты показали, что «омоложение» цитоплазмы никак не помогает женщинам старшего возраста иметь детей. К тому же, если в ооциты возрастных пациенток подсадить молодые донорские ядра – все работает хорошо и можно получить эмбрионы, которые будут нормально развиваться. Значит, проблема возрастного бесплодия вовсе не в «солидном возрасте» цитоплазмы.

В науке, как известно, негативный результат – это тоже результат. Но можно ли ту технику, которую отработал Павел Мазур, применить для получения позитивного результата?

Есть категория пациенток, которые не могут зачать детей именно из-за проблем, связанных с цитоплазмой. Как уже говорилось, их приблизительно до 3% из числа молодых женщин, которые обращаются в клиники репродуктивной медицины. С биологической точки зрения эти проблемы имеют разную природу – в некоторых случаях наука понимает их механизм, а в других – нет, но ясно, что каким-то образом он связан именно с цитоплазмой.

– У нас в клинике была отработана методика, у нас были расходные материалы, иголки, реактивы, пипетки, среды – вся база, необходимая для почти любых ядерных переносов. Почему бы не попробовать? – рассказывает Павел Мазур. – Мы попробовали, и у нас вышло!

В начале 2017 года на свет появился здоровый ребенок после процедуры ядерного переноса – первый в Украине и второй в мире. Годом ранее в Мексике родился первый в истории ребенок после операции ядерного переноса, которая была выполнена по немного другой методике, чем использовали украинские исследователи.

Вместе с донорской цитоплазмой такие дети получают те самые митохондрии, о которых мы уже вспоминали. В отличие от любых других органелл, они имеют свои собственные гены (те самые 37) – в данном случае не мамины, как у любого из нас, а унаследованные от другой женщины – донора или, если хотите, «третьего родителя».

Гордость и удивление

Наука в Украине (в том числе медицинская) до сих пор выживает и дает свои результаты «не благодаря, а вопреки». Что касается внедрения научных результатов в практику, то здесь все еще печальнее. А в этой истории получается, что украинский исследователь вместе со своими коллегами опередил весь (почти весь) мир и получил совершенно реальные результаты, которые агукают, ползают, потом становятся на ноги, говорят разные слова и почти наверняка, (если захотят) когда-то будут иметь собственных здоровых детей.

Как говорит Павел Мазур, для такой работы у эмбриолога должны быть «ровные руки». Нет сомнений в том, что именно благодаря таким его рукам, (а теперь уже и рукам других его коллег) в Украине рождаются «дети от трех родителей». Но это не все. Вспомогательная репродуктивная медицина, как и любая другая, регламентируется законами, которые могут отличаться в разных странах – где-то они более консервативные, а где то – менее. В какой-то стране вы можете выбрать пол будущего ребенка, а в другой – нет. Где-то ВИЧ-позитивный мужчина не может стать донором спермы, а где-то – пожалуйста (нет, это не опасно, если все делать правильно).

В США, например, в начале «нулевых» проводились эксперименты по ядерному переносу. Но после того, как они оказались неудачными, FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов) запретило заниматься подобными исследованиями.

А в Великобритании, например, ядерные переносы разрешены с 2015 года, но пока что, насколько известно, ни один ребенок после такой процедуры там не родился.

В Украине использование подобных методик не запрещено, поэтому, у нас совершенно законно родилось уже 12 детей, у которых кроме маминых и папиных есть гены третьего человека. Большинство из них – благодаря рукам Павла Мазура.

Кроме Украины и Мексики «ребенок от трех родителей» в прошлом году появился на свет в Греции.

А два «папы»?

Во всей этой истории самое важное, конечно, не то, что у какого-то мальчика или девочки есть «третий родитель». А то, что мужчина и женщина, которые раньше не могли иметь биологических детей даже за все деньги мира, теперь такую возможность получили. Да, пока что, не во всех странах и, пока что, общее количество таких детей очень мало по сравнению с потребностью. Но это только начало и со временем ядерные переносы будут все чаще применяться в репродуктивной медицине. Возможно даже, с их помощью однополые пары смогут иметь детей.

Павел Мазур говорит, что уже сегодня с таким вопросом обращаются лесбийские пары. Они хотят, чтобы одна из женщин дала свой «ядерный материал» (собственно, стала матерью), а другая – цитоплазму вместе с митохондриальными генами. Еще нужен мужчина и так они смогут родить ребенка, который унаследует гены обоих женщин. Технически, как мы знаем, это возможно. Но юридически – нет, поскольку такие процедуры у нас делаются только по строгим медицинским показаниям. Если ни одна из женщин не страдает абсолютным бесплодием, то таких показаний нет.

Если оставить в стороне вопросы этики, то можно ли в один ооцит поместить одновременно два женских ядра, или два мужских?

– Можно! – уверенно говорит Павел Мазур. – Но ребенка от этого не будет.

Дело в том, что материнская и отцовская ДНК отличаются специальными «метками», а это значит, что эмбрион даже не начнет развиваться.

Но уже сегодня на лабораторных мышах проводятся эксперименты, чтобы получить потомство от однополых пар. Успехи есть и, вполне возможно, что через несколько лет технически это будет возможно и для людей. Очевидно, что этическая сторона вопроса никуда не денется, но это уже отдельная история.