В некоторых случаях, например, при обширных поражениях сердца, невозможно безопасно извлечь большое количество клеток (кардиомиоцитов) из организма пациента с целью культивирования и последующего повторного введения. В то же время, применение с целью лечения незрелых – стромальных стволовых клеток недостаточно эффективно, поскольку они плохо встраиваются в поврежденную мышцу сердца.
К счастью, биотехнологии придумали выход. Вначале выполняют этап культивирования – увеличения числа стромальных стволовых клеток, чтобы добиться нужного их количества. Затем из стволовых клеток растят частично или полностью специализированные (дифференцированные) клетки. Применительно к сердцу – это соответственно кардиомиобласты и кардиомиоциты, к печени – гепатобласты и гепатоциты и т.д. Данная процедура носит название направленной дифференцировки клеток. Иными словами, в ходе направленной дифференцировки клетки не только растут, но и взрослеют, приобретая все отличительные характеристики зрелых – способных выполнять специальные функции клеток. Таким образом, направленная дифференцировка позволяет не только количественно, но и качественно изменить исходный биологический материал с целью максимально эффективного использования в лечении различных заболеваний.
Направленная дифференцировка клеток – самое сложное, что делают биотехнологии, своего рода «высший пилотаж биоинженерии». Реально, в странах СНГ этими методами владеют всего несколько лабораторий, в том числе МЦБ «Биостэм». Суть проблемы заключается в том, что необходимо в пробирке (культуральном флаконе) воспроизвести сложнейшие биохимические процессы, происходящие в человеческом организме и сформированные в течение миллионов лет. Понятно, что данные задачи могут быть решены только при условии сочетания высокого интеллекта и трудолюбия биолога, инновационного оборудования и уникальных расходных материалов. Так что же происходит в культуральном флаконе на этапе направленной дифференцировки клеток?
Превращение стволовой клетки в более дифференцированную занимает от 2 недель до нескольких месяцев. В течение этого периода в питательные среды добавляют специфические реактивы (факторы роста, митогены, гормоны, химические элементы и др.), которые, к слову, очень дорогие. Требуется строжайшее соблюдение последовательности смены питательных сред и реактивов в соответствии с отработанной процедурой. Нельзя ошибиться в количестве применяемых реактивов, даже если речь идет о десяти- и стотысячных долях грамма. Минимальный сбой в работе биореакторов чреват остановкой процессов направленной дифференцировки на полпути, а это тупик…
На сегодняшний день в мире разработано большое количество методов направленной дифференцировки, которые дают возможность получить практически все существующие в организме типы зрелых клеток из соответствующих стволовых. Эффективность этих методик зависит от сложности строения зрелой клетки. Тяжелее всего получить зрелые нервные клетки, а также β – клетки поджелудочной железы.
В заключение, коснемся еще одного важного момента. Как видно из вышеизложенного, наилучшие результаты достигаются, когда специализированные клетки получают от их естественных предшественников, например, клетки крови из стволовых гемопоэтических, а клетки сердца, мозга и печени соответсвенно из стволовых стромальных. Однако, не всегда удается извлечь нужный тип стволовой клетки. Так, в частности, из пуповинной крови забирают только гемопоэтические стволовые клетки. Поэтому вопросы трансдифференцировки, то есть получение клеток от непрямого предшественника (например, клеток сердца, печени и мозга из гемопоэтических стволовых клеток) является одним из наиболее приоритетных направлений биотехнологической науки. По прогнозам ведущих исследовательских центров к 2015 году эта проблема в целом будет решена.
