Бессмертные клетки

Следует отметить, что долгое время в научном мире существовала гипотеза противоположная теории предельного деления клеток, согласно которой считалось, что сама клетка бессмертна.

Все зависит от жидкой среды, в которой клетка находится и функционирует. Если найти механизм периодического обновления этой среды, то биение жизни может быть значительно продлено.

Найти такой механизм пытался известный французский хирург, биолог, патофизиолог, евгенист Алексис Каррель (1873–1944), лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицины (1912).

В 1913 г. ученый опубликовал статью «Artificial acnivation of the groth in vitro of connective tissue», в которой изложил результаты длительного культивирования фрагментов трех тканей в различных экстрактах  - сердца эмбриона курицы, кожи кролика и надкостницы собаки.

Большую часть своих экспериментов ученый выполнил для клеток сердца эмбрионов курицы возрастом от 7 до 15 дней.

Культивирование кусочков тканей проводили не в чистом экстракте, а с гипотонической сывороткой в соотношении 1:2 соответственно.

Ученому и его коллегам удалось поддерживать клетки жизнеспособными и размножающимися при последующих переносах в свежую питательную среду.

Культивирование клеток привлекло всеобщий интерес, и линия клеток фибробластов соединительной ткани поддерживалась в течение 34 года, пережив самого ученого.

Таким образом, гипотетически удалось увеличить продолжительность жизни птицы, как биологического вида фактически в 3,5 раза. В пересчете на жизнь человека это примерно 265–270 лет.

Старение и смерть клеток наступает в результате их взаимодействия в составе единой ткани, а не за счет процессов, происходящих внутри индивидуальной клетки, таков был основной вывод Алексиса Карреля по результатам эксперимента.

Благодаря этому выводу долгое время в среде ученых господствовала точка зрения, что клетки бессмертны, а старение и смерть — это свойство организма в целом.

Пока до конца не ясно до сих пор как же ученым удалось получить «бессмертную» линию клеток, которые смогли прожить 34 года. Однако, как выяснилось впоследствии, чистота эксперимента оставляла желать лучшего.

«Бессмертие» культуры было скорее всего артефактом, поскольку вместе с эмбриональной сывороткой, которая добавлялась в культуральную среду для роста клеток, туда попадали и сами эмбриональные клетки.

Добавление экстрактов эмбрионов обновляло регулярно клеточную популяцию и это создавало видимость, что на чашке растут одни и те же клетки, а не появляются новые.

                «Бессмертная жизнь» Генриетты Лакс
 
И еще один любопытный факт, подтверждающий гипотезу о возможном бессмертии живой клетки. В современных биомедицинских исследованиях и при разработке новых видов лечения часто используют выращенные в лаборатории культуры человеческих клеток.

Среди множества клеточных линий одной из самых известных является «HeLa» — клетки эндотелия матки. Эти клетки неприхотливы в культивировании, они очень хорошо переносят заморозку и консервацию.

На протяжении многих лет клетки были анонимными, ученые не знали, кому именно они принадлежали. Однако, совершенно неожиданно, этот биологический материал получили широкую известность.

Оказалось, что клетки были взяты  у красивой чернокожей американки по имени Генриетта Лакс (Henrietta Lacks, 1920–1951). Она жила в небольшом городке Тернер в Южной Вирджинии вместе с мужем и пятью детьми. 

В феврале 1951 г. она обратилась в госпиталь Джонса Хопкинса, где ей поставили диагноз рак шейки матки. Несмотря на хирургическую операцию и радиационное облучение, через восемь месяцев она скончалась. Было ей 31 год.

Пока Генриетта находилась в госпитале, ее лечащий врач отправил опухоль на анализ в лабораторию госпиталя. Оказалось, что клетки опухоли, обозначенные как «HeLa» (акроним имени и фамилии Henrietta Lacks), были уникальными, их можно было выращивать в искусственных условиях.

Размножались они вдвое быстрее клеток из нормальных тканей. Эти клетки пролиферируют необычайно быстро даже в сравнении с другими раковыми клетками.
В то время культивирование клеток вне организма было только на стадии становления, и главной проблемой была предопределённая гибель клеток. Как правило, после определенного количества делений вся клеточная линия погибала.

Трансформация сделала клетки «HeLa», фактически бессмертными — у них отключилась программа подавления роста после определенного количества делений, поэтому они способны делиться бесконечное число раз, в отличие от обычных клеток, имеющих предел Хейфлика.

Как позднее выяснилось, происходит это потому, что, как и все раковые клетки, клетки «HeLa» производят фермент теломеразу, которая наращивает теломеры на концах ДНК хромосом.

Руководитель лаборатории разослал штаммы клеток своим коллегам по всей стране. Вскоре спрос на клетки «HeLa» вырос, и их растиражировали в лабораториях по всему миру. Они стали первой «шаблонной» клеточной линией.

Эти клетки стали незаменимым инструментом для медицинских исследований. Миллиарды этих клеток покупались и продавались, при этом приносили значительные  доходы медицинским фирмам.

Клетки «HeLa» заражали вирусом СПИДа, использовали для борьбы с полиомиелитом, отправляли в космос, скрещивали с клетками животных и растений, с их помощью раскрывали секреты раковых заболеваний, исследовали влияния ядерного взрыва на живые организмы, они помогли сделать важные шаги в изучении искусственного оплодотворения, клонирования и составления генетических карт.

Все это время семья Генриетты Лакс не подозревала об экспериментах с биологическим материалом их матери.

В начале этого века американская журналистка Ребекка Склут, бакалавр биологии и магистр изящных искусств в области творческой документалистики, преподаватель университета г. Мемфис, провела собственное расследование этого удивительного случая.

Период расследования начинается с 1950-х годов, когда Генриетта Лакс проходила лечение от рака, и продолжается до сегодняшних дней, когда дети и внуки Генриетты борются за наследственные права на биоматериал, взятый много лет назад у их матери без ее согласия.

В результате родилась книга «Бессмертная жизнь Генриетты Лакс»,  которая написана в жанре фэнтези и представляет собой фантасмагорию про сюрреалистические приключения человеческих клеток.

В 2010 г. книга в категории нон-фикшн стала бестселлером и побила все мыслимые рекорды продаж во многих старнах мира.

Генриетта Лакс была занесена в Книгу рекордов Гиннесса, как человек, чьи клетки через 60 лет после смерти все еще остаются живыми.

А как же предел деления клетки, о котором мы говорили выше? Вероятно, клетка действительно может делиться строго определенное количество раз, но если ученые смогут найти механизм обновления жизненной среды клетки и механизм удлинения теломер, то появится гипотетическая возможность увеличения количества их деления до бесконечности, как у опухолевых клеток или плоских червей планарий.


              Взаимосвязь процесса старения и развитие раковых клеток

Еще одно доказательство связи процесса старения и развития раковых клеток нашли американские ученые. В 2012 г. исследователи из Онкологического центра Киммела в Джефферсоне выявили, что раковые клетки индуцируют окислительный стресс (аутофагию) в близлежащих клетках опухолевого микроокружения, в частности, в фибробластах, за счет чего питаются и растут.

Таким образом, старение клетки и аутофагия метаболически поддерживают рост раковой опухоли и метастазирование.

Другими словами, нормальные, но стареющие соседние клетки занимаются приготовлением пищи для «кормления» рака. Старение в буквальном смысле обеспечивает раковую опухоль питанием.

Поскольку клеточное старение отражает биологическое старение, это исследование может объяснить, почему заболеваемость раком экспоненциально возрастает по мере старения организма.

Метастазирование может, в конечном счете, определяться старыми клетками в опухолевой микросреде, а не самими раковыми клетками.

Это открытие полностью может изменить взгляды на рак, как на болезнь и ставит под сомнение устоявшееся мнение, что рак является клеточно-автономным генетическим заболеванием.

Напротив, из этого следует, что рак, фактически, представляет собой болезнь старения организма-хозяина, подпитывающую рост опухоли и образование метастазов и определяющую, таким образом, клинический исход.

Поэтому нормально стареющие клетки организма-хозяина могут стать ключом к эффективной противораковой терапии.

Чтобы остановить рост опухоли и метастазирование, ученым необходимо «отключить подачу топлива», обеспечиваемую стареющими клетками, сделав мишенью аутофагию и старение клеток опухолевого микроокружения.

По мнению исследователей, это открытие означают смену парадигмы и вступление в совершенно новую эру разработки лекарственных средств для борьбы с раком.

Кроме того, открытие теломеразы, о котором мы говорили в предыдущих разделах, стимулировало новое направление исследований в онкологии и геронтологии.

Учеными было доказано, что примерно 80–90% всех раковых клеток имеют аномально высокую активность теломеразы.
Это сохраняет их от потери теломер, не смотря на многие циклы репликации.