Ученым лишь частично понятно, каким образом поддерживается мультипотенция этих клеток. Чтобы не позволить стволовым клеткам развиться в различные типы клеток и сохранить их способность к самовоспроизводству, необходимы соответствующие гены, которые уже удалось идентифицировать, и питательная среда.
В большинстве экспериментов забор стволовых клеток из эмбриона, находящегося на ранней стадии развития, приводил к его гибели. Однако при наличии правильно подобранной искусственной среды можно забрать от эмбриона, не нанеся ему никакого вреда, всего одну стволовую клетку и впоследствии превратить ее в целую культуру клеток.
В принципе стволовые клетки, взятые от эмбриона, могут использоваться для целей восстановительной медицины и восстанавливать функции ткани, когда определенные типы клеток отсутствуют или повреждены. Возможно, наиболее важное потенциальное применение человеческих стволовых клеток — воспроизводство на их основе клеток и тканей для использования в клеточной терапии. Сейчас для того, чтобы заменить состарившиеся или пришедшие в негодность органы, применяются донорские органы и ткани, однако потребность в них значительно превышает предложение. Стволовые клетки же способны дать возобновляемые источники клеток и тканей и послужить победе над болезнями Паркинсона и Альцгеймера, поражениями спинного мозга, инсультами, заболеваниями сердца, диабетом, остеоартритом и ревматоидным артритом.
Болезнь Паркинсона обусловлена постепенной утратой особого набора клеток, которые используют химическое вещество допамин, чтобы передавать сигналы другим нервам. Она приводит к тремору и потере равновесия. Пересадка эмбриональных стволовых клеток, которые вырабатывают допамин, вызывает значительное улучшение состояния пациентов. Однако пока все еще не получается с помощью стволовых клеток выращивать у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, утраченные нервные клетки.
Обнадеживающие результаты дала пересадка стволовых клеток пациентам с травмами спинного мозга, которые приводят к обездвиживанию и потере ощущений, хотя механизм наступающих улучшений понятен не до конца. Замена утраченных или поврежденных нервных клеток является крайне актуальной проблемой, и в этой области ведутся обширные исследования.
Эксперименты на мышах дали результаты, которые позволяют предположить, что со временем появится возможность использовать эмбриональные стволовые клетки для замены мускулов и сердечной мышцы, а также для лечения диабета первого типа, заменяя производящие инсулин клетки.
Но какими бы обнадеживающими ни были результаты экспериментов, необходимо помнить, что опыты на мышах показали: на месте инъекции эмбриональных стволовых клеток в кожу мыши появляется опухоль, состоящая из разных типов клеток. Поэтому стволовые клетки следует вводить в человеческий организм с чрезвычайной осторожностью. Существует и проблема отторжения чужих стволовых клеток иммунной системой человека.
Один из способов преодолеть проблему отторжения видят в изменении генетической конституции эмбриональных стволовых клеток таким образом, чтобы они не рассматривались организмом как чужие. Этого можно добиться за счет пересадки клеточного ядра, взятого из клетки пациента — причем из любой, даже из клетки соединительной ткани, — в яйцеклетку. Если этот метод сработает, станет возможным взять у эмбриона на ранней стадии развития стволовые клетки, которые будут иметь ту же генетическую конституцию, что и клетки самого пациента. Такие стволовые клетки не вызовут реакции иммунного отторжения. Но несмотря на то, что в последнее время достигнуты успехи в экспериментах как на клеточном материале людей, так и высших приматов, оказалось весьма непросто добиться последующего развития яйцеклетки с пересаженным в нее ядром чужой клетки.
Другой вариант преодоления иммунного отторжения — создание стволовых клеток на базе обычных клеток пациента. В этой сфере достигнут значительный прогресс. Идентифицированы гены, которые должны быть активированы, чтобы клетка приобрела характеристики эмбриональной стволовой клетки, — их оказалось всего четыре. В ходе экспериментов установлено, что клетки, обладающие характеристиками эмбриональных стволовых клеток, могут быть созданы из клеток кожи человека или мышей при помощи вируса, который введет в них эти четыре ключевых гена, и тогда они станут кодировать белковые транскрипционные факторы. А транскрипционные факторы, в свою очередь, активируют гены, чье воздействие необходимо, чтобы обычные клетки заработали как стволовые. Это позволит создать высококачественные клетки из клеток тела, которые сравнимы с эмбриональными стволовыми клетками по форме, распространению и генетической составляющей.
Правда, есть опасность, что эти клетки из-за участия в их создании вируса могут привести к формированию опухоли. Поэтому ученые подходят к перспективе их использования в медицине очень осторожно.
В общем, требуется еще немало времени, чтобы изучить молекулярные основы перепрограммирования обычных клеток в стволовые и отыскать молекулы, которые смогут перепрограммировать клетки, не передавая им при этом потенциально вредоносные гены наподобие тех, что содержатся в вирусах. Имеются, например, обнадеживающие данные о возможности создания эмбриональных стволовых клеток из мужских яичек. Если подобные исследования увенчаются успехом, это будет равносильно превращению свинца в золото.
Последние достижения в сфере клеточной биологии спровоцировали возражения со стороны религиозных групп — давление ощутили даже области патентного права и законодательства. В 1988 году ученые из университета Висконсина создали технологию, позволяющую выделять и выращивать в искусственной среде человеческие эмбриональные стволовые клетки, и запатентовали ее вместе с набором придуманных ими практических методов. В апреле 2007 года патентное бюро США по моральным соображениям отменило решение о регистрации этого патента. Однако позже это решение пересмотрели, и регистрация патента вновь была подтверждена.
Проблему нехватки человеческих яйцеклеток, накладывающую ограничения на производство эмбриональных стволовых клеток для разного рода экспериментов, можно решить, создавая клетки-химеры. Есть возможность создавать человекоподобные эмбриональные стволовые клетки, добавляя гены человека в яйцеклетки животных, например коров. Ядро из обычной человеческой клетки (скажем, клетки подкожной соединительной ткани) можно трансплантировать в яйцеклетку коровы и затем выделить эмбриональные стволовые клетки на ранней стадии развития эмбриона. При этом все ключевые гены такой клетки будут человеческими и лишь несколько генов, которые задают коды белков в митохондриях, будут взяты от коровы. Выделенные таким образом клетки могут стать весьма ценным материалом для изучения генетических заболеваний человека. Британские власти поддерживают исследования, которые проводятся подобным образом, хотя некоторые религиозные группы и протестуют против этого.
Многие возражения против забора эмбриональных стволовых клеток из эмбриона на ранней стадии развития основаны на том, что эмбриону может быть нанесен ущерб и он может даже погибнуть, — это, дескать, равносильно тому, чтобы убить человека. Для некоторых групп протестующих решающим является то соображение, что в данном случае эмбрион создается непосредственно для исследовательских целей, — таким образом, по их мнению, ставится эксперимент над человеком.
