Немецкие учёные омолодили клетки человека, повернув вспять их биологический возраст

Несколько миллилитров крови, семь недель в инкубаторе, и из клеток очень пожилого человека получается нечто, что на молекулярном уровне почти не несет следов возраста, передает euronews.com

Ученым из Бонна и Ахена таким образом удалось добиться впечатляющего прорыва. Они вырастили в лаборатории молодые нервные стволовые клетки из обычных образцов крови, в том числе взятых у людей старше 100 лет. С помощью двух генетических переключателей одряхлевшие клетки за несколько недель фактически перепрограммировали, и теперь на молекулярном уровне они почти не проявляют признаков старения.

Об этом сообщила команда во главе с ученой Лией Джессикой Берг и исследователем стволовых клеток Оливером Брюстле из Института реконструктивной нейробиологии Университета Бонна в научном журнале Aging Cell. В работе также участвовала группа Вольфганга Вагнера из Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена, занимающегося исследованием старения.

Для исследования кровь пожертвовали 15 человек, их возраст варьировался от новорожденного до 101 года. Ученые выделили из нее клетки-предшественники эритроцитов и при помощи безвредного вируса ввели два так называемых управляющих гена: SOX2 и cMYC. Управляющие гены содержат план для белков, которые целенаправленно включают и выключают другие гены и таким образом определяют, какова идентичность и задача клетки.

Всего с помощью двух переключателей исследователи смогли напрямую превратить клетки крови в так называемые индуцированные нейральные стволовые клетки. Это клетки, из которых могут развиваться разные типы нервных клеток. При этом не требовался промежуточный этап через эмбрионоподобные клетки. Такие клетки обычно способны развиваться во множество различных типов клеток.

Уже примерно через двенадцать дней преобразованные клетки проявили типичные свойства нервных стволовых клеток. Затем они могли дальше развиваться в лаборатории. В результате образовывались не только нервные клетки, но и два важных типа опорных клеток мозга. Эти опорные клетки поддерживают нервные клетки и помогают тому, чтобы мозг функционировал правильно.

Возраст тает, медленно, но неуклонно

Биологический возраст клеток определяли с помощью так называемых эпигенетических часов. Они анализируют определенные химические метки на генетическом материале. Эти метки меняются в течение жизни и поэтому могут дать представление о том, насколько биологически стара клетка.

У исходных клеток крови измеренный биологический возраст хорошо соответствовал реальному возрасту людей, от которых они были получены. После преобразования в нейральные стволовые клетки ситуация выглядела совсем иначе: вновь созданные стволовые клетки в среднем сохраняли лишь около 13 процентов возраста своих первоначальных доноров. Если клетки затем дольше выращивали в лаборатории, этот показатель снижался даже до менее чем пяти процентов.

Это означает, что в результате преобразования клетки выглядели биологически значительно более молодыми. У человека в возрасте 101 года это математически соответствовало бы возрасту клеток, более похожему на клетки ребенка. Важно отметить: сами клетки при этом не превращаются в детские клетки. Скорее измерения указывают на то, что при преобразовании были сброшены определенные биологические признаки старения.

При классическом перепрограммировании в так называемые клетки-«универсалы» биологические часы полностью обнуляются примерно за три недели. В случае изучавшегося здесь метода потребовалось около 50 дней, чтобы большинство следов биологического старения исчезло. Для науки это преимущество: поскольку процесс занимает больше времени, ученые могут более детально наблюдать отдельные стадии и изучать, как целенаправленно можно влиять на биологический возраст.

Однако эпигенетические часы лишь приблизительно показывают, насколько биологически стара клетка. Поэтому исследовательская группа дополнительно изучила другие типичные признаки старения. Среди них были изменения оболочки ядра, которая окружает генетическую информацию в ядре клетки, а также работу клеточной системы «утилизации мусора».

Она обеспечивает разбор поврежденных или больше не нужных компонентов. Также проверяли митохондрии, которые снабжают клетку энергией, возможные повреждения ДНК и так называемые маркеры старения. Последние являются признаками клеток, которые больше не делятся, но при этом могут оставаться активными.

Результат был таким: в преобразованных стволовых клетках доноров в возрасте 87 и 101 года исследователи не обнаружили заметных признаков того, что клетки оставались старыми. Сближалась и активность генов. До преобразования молодые и старые клетки крови различались по активности почти 1900 генов. После преобразования различия сохранялись лишь примерно в двенадцати генах.

Это указывает на то, что в результате преобразования клетки омолодились не только по измеренному биологическому возрасту, но и по многим другим признакам старения.

Не эликсир молодости, а инструмент

Сначала ученые предполагали, что клетки омолаживаются прежде всего потому, что они постоянно делятся и размножаются. Чтобы проверить эту гипотезу, они с помощью действующих веществ затормозили деление клеток. В другом эксперименте они добились того, чтобы клетки как можно раньше превращались в нервные. Такие зрелые нервные клетки обычно больше не делятся.

Результат удивил: даже когда клетки больше не делились или делились очень мало, их биологический возраст продолжал значительно снижаться. Эпигенетические часы почти так же сильно возвращались назад, как и у клеток, которые продолжали размножаться. Омоложение по-видимому не зависит от того, делятся ли клетки. Какой процесс вместо этого за него отвечает, еще предстоит выяснить. Исследователи считают SOX2 одним из возможных ключевых факторов.

О терапии против старения для людей на основе этих результатов говорить пока очень рано. Омоложение пока происходило исключительно в лаборатории, в искусственной среде вне организма. Кроме того, команда исследователей указывает на ряд ограничений исследования: эпигенетические часы не могут зафиксировать все изменения, происходящие при старении. К тому же не существует подходящих действительно состарившихся нервных стволовых клеток, с которыми ученые могли бы напрямую сравнить свои результаты. Также различные условия по уровню кислорода во время выращивания в лаборатории могли повлиять на измерения.

Наибольшую пользу от полученных результатов исследователи видят в фундаментальной науке. Новый метод может стать альтернативой существующим моделям омоложения клеток. С его помощью можно более точно изучать, какие биологические процессы позволяют клеткам оставаться молодыми или вновь становиться более молодыми.

Особый интерес это представляет для нейробиологии. Возраст является одним из важнейших факторов риска заболеваний мозга, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Более глубокое понимание клеточного старения в долгосрочной перспективе может помочь лучше разобраться в таких заболеваниях и возможно разработать новые подходы к лечению.