В погоне за памятью. История борьбы с болезнью Альцгеймера

В 1998 году Джеймс Томсон, специалист по биологии развития из Университета штата Миннесота в Мэдисоне, впервые в истории изолировал стволовые клетки человеческого эмбриона, первичный материал, из которого возникает человеческое существо². Это знаменовало рождение новой отрасли медицины – регенеративной медицины. Вдруг появился совершенно новый подход к лечению практически любых болезней, при которых поражаются клетки и ткани. Ученые всего мира увлеклись идеей, что можно вырастить в чашке Петри готовые человеческие клетки для любого трансплантата: мышечные клетки сердца при сердечной недостаточности, двигательные нейроны при травмах спинного мозга, инсулоциты при диабете, фоторецепторы при слепоте и кортикальные нейроны при болезни Альцгеймера. А для этого было необходимо узнать, как стволовые клетки выбирают свою дальнейшую клеточную судьбу, так что работа Яманаки была насущно необходима. Он твердо решил не оставлять стараний, и через год ему выделили собственную лабораторию.

Яманака стал доцентом в Институте науки и технологии префектуры Нара в Икоме и смог целиком посвятить себя научной карьере. Главная сложность при работе со стволовыми эмбриональными клетками, как вскоре выяснил Яманака, состоит в том, что иммунная система больного распознает их как чужеродные и запускает смертоносную биологическую защиту, чтобы избавить от них организм. Кроме того, вокруг стволовых эмбриональных клеток тут же вспыхнули жаркие споры, поскольку для их сбора нужно было разрушать человеческие эмбрионы, а это многие считали аморальным. Однако у Яманаки была и другая проблема, куда более приземленная: ему срочно требовались сотрудники, чтобы лаборатория заработала в полную силу.

Каждый год в апреле сто студентов из Института префектуры Нара должны выбирать одну из двадцати научных лабораторий для практики, и некоторые лаборатории остаются вообще без практикантов. Студенты предпочитают старых уважаемых профессоров, чья карьера зиждется на публикациях в престижных журналах вроде Nature и Science. А Яманаке было всего 36 лет – и ни одной статьи. Как же ему приманить студентов? Ответом на этот вопрос стала блестящая инновация.

Яманака решил посмотреть, можно ли превратить зрелые клетки человека обратно в стволовые, например, взять кожу с руки человека и перепрограммировать ее так, чтобы она вернулась в эмбрионоподобное состояние. Тогда можно будет бесконечно клонировать человеческие ткани. Более того, клетки можно брать у самого больного, и они не просто обойдут барьер иммунологического отторжения – у них будет уникальная генетическая сигнатура, благодаря которой они станут мощным инструментом исследования проявлений болезни у конкретного пациента. И брать их можно у взрослых, что избавляет от этически неоднозначной процедуры забора эмбриональных клеток. Большинство коллег сочло Яманаку мечтателем, и неудивительно. Самому Яманаке было боязно подступаться к такой задаче.

– Я понимал, как трудно мне будет. Это может занять сколько угодно времени – и 20 лет, и 30. Но студентам я этого не говорил. Я просто сказал, какое это будет чудо!

Вдохновенная идея Яманаки привлекла в лабораторию троих студентов.

Работа закипела. Исследования уже показали, что стволовым клеткам, чтобы оставаться стволовыми, нужно 24 гена. Если искусственно ввести эти 24 гена в зрелые клетки, можно перепрограммировать их и превратить в стволовые, подумал Яманака. Но когда он применил все 24 гена, ничего не получилось. Он решил сократить это количество. Снова неудача. Яманака годами пробовал разные сочетания генов, выявлял необходимые и достаточные.

– Как будто размахивал бейсбольной битой в полной темноте, – вспоминал он.

Из выпускников в лаборатории остался только один – Кадзутоси Такахаси. Чтобы у молодого сотрудника не угас интерес к работе, Яманака пообещал, что, пока он жив, Такахаси не уволят, лишь бы он тоже «размахивал битой».

И в конце концов все получилось. Как выяснилось, достаточно всего четырех генов. В 2006 году ученые показали, что зрелые клетки поддаются перепрограммированию у мышей³, а к 2007 году стало ясно, что это возможно и у людей⁴. Эти клетки Синъя Яманака назвал «индуцированные стволовые клетки» и в 2012 году получил за свое открытие Нобелевскую премию.

В последние годы было опубликовано несколько фундаментальных исследований, показавших, что индуцированные стволовые клетки можно превратить в самые разные ткани человеческого организма – в том числе в ткани печени и кишечника, сердца и поджелудочной железы, глаза и мозга, – а это открыло человечеству путь к выращиванию биологических запчастей и позволило ученым симулировать сложные человеческие недуги в чашке Петри. Эту методику так и называют – «болезни в чашке Петри».