Л.В. ЯКОВЕНКО

Медицина и клонирование

В октябре 2001 г. компании Advanced Cell Technology (АСТ, США) удалось впервые получить клонированный эмбрион человека, состоявший из 6 клеток. Это означает, что клонирование эмбрионов в медицинских целях (так называемое терапевтическое клонирование) уже не за горами.

Целью такого клонирования является получение бластоцистов человека (полых сферических образований, состоящих примерно из 100 клеток), которые содержат внутреннюю клеточную массу. После извлечения из бластоцистов внутренние клетки могут развиваться в культуре, превращаясь в стволовые клетки, которые, в свою очередь, могут превращаться в любые дифференцированные клетки человека: нервные, мышечные, кроветворные, клетки желез и т.д.

Медицинские применения стволовых клеток очень перспективны и необычайно разнообразны. Они могут использоваться, например, для лечения сахарного диабета путем восстановления популяции погибших или поврежденных клеток поджелудочной железы, производящих инсулин. Их можно использовать и для замены нервных клеток при повреждениях головного или спинного мозга. При этом не возникает опасности отторжения трансплантатов и прочих нежелательных осложнений, сопровождающих обычные операции по пересадке клеток, тканей и органов.

В последнее время термин «терапевтическое клонирование» стали использовать и для обозначения клонирования эмбрионов, предназначенных для имплантации в матку женщины, которая затем может родить клонированного ребенка. Это оправдывают тем, что такое клонирование позволит иметь детей бесплодным парам. Однако оно не имеет отношения к лечению как таковому. Поэтому большинство ученых, занимающихся клонированием в медицинских целях, считают, что время «репродуктивного» клонирования еще не наступило – предстоит решить еще множество сложнейших биологических, медицинских и этических проблем.

Под клонированием понимают получение эмбриона либо при замене ядра яйцеклетки на ядро соматической клетки, либо путем партеногенеза, т.е. при делении неоплодотворенной яйцеклетки. В обоих случаях для клонирования необходимы жизнеспособные яйцеклетки, которые могут быть получены только от доноров.

На объявление компании АСТ с просьбой предоставить материал для научных исследований в области клонирования откликнулось множество женщин, из которых после тщательной проверки здоровья и психического состояния были отобраны 12 доноров. Интересно, что большинство потенциальных доноров заявили, что отказались бы участвовать в экспериментах по репродуктивному клонированию.

Донорам делали специальные инъекции гормонов, чтобы при овуляции выделялась не одна, а примерно 10 яйцеклеток. В качестве источников ядер для пересадки в яйцеклетки использовали фибробласты. Фибробласты получали из биопсий кожи анонимных доноров, среди которых были больные сахарным диабетом, а также пациенты с повреждениями спинного мозга. После выделения фибробластов из них получали культуры клеток.

В первых экспериментах были использованы ядра фибробластов. Однако после пересадки ядра яйцеклетка хоть и начинала делиться, но процесс быстро завершался, и не образовывалось даже двух раздельных клеток. После ряда неудач американские исследователи решили использовать подход Т.Вакаямы и Р.Янагимачи (так называемый гавайский метод), с помощью которого была получена первая клонированная мышь.

Этот метод состоит в том, что вместо ядра соматической клетки (фибробласта) в яйцеклетку пересаживается целая овариальная клетка. Овариальные клетки обеспечивают питанием развивающуюся яйцеклетку и настолько прочно с ней связаны, что сохраняются на ее поверхности даже после овуляции. Эти клетки настолько малы, что вместо ядра можно использовать целую клетку.

Однако и в этом случае возникли значительные трудности. Потребовалось более 70 экспериментов, прежде чем удалось получить делящуюся яйцеклетку. Из 8 яйцеклеток, в которые были введены овариальные клетки, две образовали четырехклеточный эмбрион, а одна – шестиклеточный. После этого их деление прекратилось.

Партеногенетический подход основан на том, что яйцеклетка становится гаплоидной не сразу, а на довольно позднем этапе созревания. Если бы такую почти созревшую яйцеклетку удалось активировать, т.е. стимулировать к делению, можно было бы получить бластоцист и стволовые клетки. Недостаток этого подхода заключается в том, что полученные стволовые клетки будут генетически родственны только донору яйцеклетки. Получить стволовые клетки для других людей таким способом невозможно – обязательно потребуется пересадка ядер в яйцеклетку.

Ранее были удачные попытки активации яйцеклеток мышей и кроликов с помощью различных веществ или электрического тока. Еще в 1983 г. Э.Робертсон получила стволовые клетки из партеногенетического эмбриона мыши и показала, что они могут формировать различные ткани, включая мышечную и нервную.

С человеческим эмбрионом все оказалось сложнее. Из 22 яйцеклеток, активированных химическим путем, только 6 образовали через пять дней нечто похожее на бластоцист. Однако внутренней клеточной массы в этих бластоцистах не было…

Существуют три типа клонирования млекопитающих: эмбриональное клонирование, клонирование зрелой ДНК (репродуктивное клонирование, метод Рослина) и терапевтическое (биомедицинское) клонирование.

При эмбриональном клонировании клетки, образующиеся в результате деления оплодотворенной яйцеклетки, разделяются и продолжают развиваться в самостоятельные эмбрионы. Так можно получать монозиготных близнецов, тройни и т.д. вплоть до 8 эмбрионов, развивающихся в нормальне организмы. Этот метод давно используется для клонирования животных различных видов, но по отношению к человеку его применимость исследована недостаточно.

Диаграмма клонирования

Клонирование ДНК состоит в переносе ядра соматической клетки в неоплодотворенную яйцеклетку, из которой предварительно удалено ее собственное ядро. Такая клеточная операция впервые была осуществлена генетиком Г.Шпеманном в 1920-х гг.

После удаления ядра яйцеклетку различными способами заставляют перейти в стадию G0 клеточного цикла. В таком состоянии клетка находится в покое, что очень важно при подготовке ее к пересадке нового ядра. Пересадка ядра осуществляется либо путем трансплантации, как описано выше, либо путем слияния яйцеклетки с другой клеткой, содержащей ядро.

В каждой лаборатории используют свои модификации этих общих подходов. Наиболее известен метод Рослина, с помощью которого была получена овечка Долли.

Для успеха операции пересадки ядра важно синхронизировать клеточные циклы клеток-доноров и яйцеклетки. Такой метод был разработан и использован И.Уилмутом и К.Кэмпбеллом. Сначала клетки-доноры (при клонировании овец – из вымени) помещали в культуральную среду, где они начинали делиться. Затем выбирали одну из них и помещали в обедненную среду, в результате чего голодающая клетка переходила в стадию G0 клеточного цикла. После удаления ядра из яйцеклетки ее сразу же помещали рядом с клеткой-донором, а через 1–8 ч с помощью электрического импульса вызывали слияние клеток и активацию развития эмбриона.

Однако только немногие клетки выживают после такой процедуры. Выжившую клетку помещали в яйцевод овцы и позволяли развиваться примерно 6 дней, после чего переносили в матку, где и продолжалось развитие эмбриона. Если все складывалось удачно, в конце концов рождалась клонированная овца – точная генетическая копия овцы, от которой была взята клетка-донор.

Из-за высокого риска развития генетических дефектов и рака против использования этого метода для клонирования человека выступают многие ученые и общественные деятели. В большинстве стран репродуктивное клонирование человека запрещено.

Новым и наиболее эффективным является упомянутый выше гавайский метод репродуктивного клонирования. В июне 1998 г. группе ученых Гавайского университета впервые удалось клонировать мышь, причем были получены три поколения генетически идентичных клонов. Несмотря на то, что генетика и строение клеток мыши изучены лучше, чем у других животных, клонирование мыши представляло собой сложную задачу. Это связано с тем, что яйцеклетка мыши после оплодотворения практически сразу начинает делиться. Не случайно поэтому, что Рослин использовал для клонирования овцу: ее яйцеклетка начинает делиться только через несколько часов после оплодотворения.

Вакаяма и Янагимучи смогли преодолеть эту трудность и получили клоны мыши даже с большим выходом (3 из 100 попыток), чем Уилмут (1 из 277 попыток). Вакаяма подошел к проблеме синхронизации клеток иначе, чем Уилмут. Клетки вымени, использованные Уилмутом, надо было искусственно заставлять переходить в фазу G0. Вакаяма же с самого начала использовал три типа клеток – клетки Сертоли, клетки головного мозга и овариальные клетки, – которые сами по себе либо всегда находятся в фазе G0 (первые два типа клеток), либо почти всегда в фазе G0 или G1. Кроме того, донорские клетки использовали через несколько минут после выделения из тела мыши, а не содержали в культуре.

После удаления ядра из яйцеклетки в нее вводили ядро клетки-донора. Примерно через 1 ч клетка начинала нормально функционировать с новым ядром. Еще через 5 ч клетку помещали в специальную среду, которая стимулировала клеточное деление наподобие того, как это происходит при естественном оплодотворении. При этом среда содержала специальное вещество – цитохалазин В, – которое предотвращало развитие полярных телец. В результате из яйцеклетки развивался эмбрион, который затем можно было пересадить в матку будущей матери.

Чтобы убедиться в жизнеспособности клонов, Вакаяма получил клоны клонов, а также нормальное потомство от родителей-клонов, а всего к моменту публикации им было получено более 50 клонов.

Биомедицинское клонирование описано выше. Оно отличается от репродуктивного клонирования только тем, что яйцеклетка с пересаженным ядром развивается в искусственной среде, затем из бластоциста удаляют стволовые клетки, а сам пре-эмбрион при этом погибает. Стволовые клетки могут быть использованы для регенерации поврежденных или отсутствующих органов и тканей в очень многих случаях, однако процедура их получения порождает множество морально-этических проблем, и во многих странах законодатели обсуждают возможности запрещения биомедицинского клонирования. Тем не менее исследования в этой области продолжаются, и тысячи неизлечимо больных (болезнями Паркинсона и Альцгеймера, диабетом, рассеянным склерозом, ревматоидным артритом, раком, а также с травмами спинного мозга) с надеждой ждут их положительных результатов.