Я хотел бы рассказать вам о пациенте по имени Донна. В середине 70-х она была энергичной, здоровой женщиной, матриархом большого клана. Однако у нее был семейный анамнез, и однажды у нее внезапно начались сильные боли в груди. Теперь, к сожалению, вместо того, чтобы обращаться за медицинской помощью, Донна ложилась на кровать примерно на 12 часов, пока боль не прошла. В следующий раз, когда она пошла на прием к своему врачу, он выполнил электрокардиограмму, и это показало, что у нее был большой сердечный приступ или «инфаркт миокарда» на медицинском языке.
После этого сердечного приступа Донна никогда не была прежней. Ее энергетический уровень постепенно уменьшался, она не могла выполнять много физических упражнений, которыми раньше наслаждалась. Дело дошло до того, что она не могла идти в ногу со своими внуками, и было слишком много работы, чтобы выйти к концу дороги, чтобы забрать почту. Однажды ее внучка пришла после прогулки с собакой, и она обнаружила, что ее бабушка умерла в кресле. Врачи сказали, что сердечная аритмия была вторичной по отношению к сердечной недостаточности. Но последнее, что я должен вам сказать, это то, что Донна была не просто обычным пациентом. Донна была моей матерью. Такие истории, как наша, к сожалению, слишком распространены. Болезнь сердца является убийцей номер один во всем мире.
Что делает эту болезнь такой смертельной? Ну, все начинается с того, что сердце является наименее регенерирующим органом в организме человека. Сердечный приступ происходит, когда в коронарной артерии образуется кровяной сгусток, который подает кровь к стенке сердца. Это перекрывает кровоток, но сердечная мышца очень метаболически активна, и поэтому очень быстро умирает, всего за несколько часов после прерывания кровотока. Поскольку сердце не может отрастить новые мышцы, оно заживает от образования рубцов. Это оставляет пациента с дефицитом количества сердечной мышцы, что у них есть. И у слишком многих людей их болезнь прогрессирует до такой степени, что сердце уже не может удовлетворить потребность организма в кровотоке. Этот дисбаланс между спросом и предложением является причиной сердечной недостаточности.
Поэтому, когда я говорю с людьми об этой проблеме, я часто пожимаю плечами и заявляю: «Ну, вы знаете, мы должны от чего-то умереть».
И да, но это также говорит мне о том, что мы смирились с этим. Я думаю, что есть лучший способ, и этот лучший способ предполагает использование стволовых клеток в качестве лекарств.
Так что же такое стволовые клетки? Если вы посмотрите на них под микроскопом, ничего особенного не происходит. Это просто маленькие круглые клетки. Но это противоречит двум замечательным признакам. Во-первых, они могут делиться как сумасшедшие. Таким образом, я могу взять одну клетку, и через месяц я могу вырастить это до миллиардов клеток. Во-вторых, они могут дифференцироваться или стать более специализированными, поэтому эти простые круглые клетки могут превращаться в кожу, превращаться в мозг, превращаться в почку и так далее. Некоторые ткани в нашем теле переполнены стволовыми клетками. Например, наш костный мозг ежедневно производит миллиарды клеток крови. Другие проблемы, такие как сердце, достаточно стабильны, и, насколько мы можем судить, в сердце полностью отсутствуют стволовые клетки. Таким образом, для сердца нам нужно будет вводить стволовые клетки извне, и для этого мы обратимся к самому мощному типу стволовых клеток - плюрипотентным стволовым клеткам. Плюрипотентные стволовые клетки названы так, потому что они могут превратиться в любой из 240 типов клеток, которые составляют человеческое тело. Так что это моя большая идея: я хочу взять плюрипотентные стволовые клетки человека, вырастить их в большом количестве, дифференцировать их в клетки сердечной мышцы, а затем вынуть их из чашки и пересадить в сердца пациентов, перенесших инфаркт. Я думаю, что это собирается повторно заполнить рану новой мышечной тканью, и это восстановит сократительную функцию сердца.
Это была моя идея 20 лет назад. И я был молод, и я думал, пять лет в лаборатории, что мы проверим это и перенесем в клинику. Позвольте мне рассказать вам, что на самом деле произошло.
Мы начали со стремления превратить эти плюрипотентные стволовые клетки в сердечную мышцу. И наши первые эксперименты сработали, вроде. Мы получили эти маленькие комочки биения человеческой сердечной мышцы в тарелке, и это было круто. Но когда мы приступили к подсчету клеток, мы обнаружили, что только одна из 1000 наших стволовых клеток фактически превращается в сердечную мышцу. Все остальное - просто мозг, кожа, хрящи и кишечник. Итак, как вы уговорите клетку, которая может превратиться в клетку сердечной мышцы?
Ну, для этого мы обратились в мир эмбриологии. Уже более века эмбриологи размышляли над загадками развития сердца. И они дали нам то, что по сути было картой для того, как пройти путь до сердечно-сосудистой системы человека. Поэтому мы бесстыдно скрыли всю эту информацию и постарались сделать так, чтобы сердечно-сосудистое развитие человека происходило в тарелке. Нам потребовалось около пяти лет, но в настоящее время мы можем заставить 90 процентов наших стволовых клеток превратиться в сердечную мышцу. Так что это было довольно захватывающе.
Мы растим клетки сердечной мышцы в маленьких трехмерных скоплениях, называемых сердечными органоидами. В каждом из них содержится от 500 до 1000 клеток сердечной мышцы. Эти маленькие органоиды на самом деле дергаются; каждый бьется независимо. Но у них есть еще одна хитрость в рукаве. Мы взяли ген у медуз, которые живут на северо-западе Тихого океана, и использовали метод, называемый редактированием генома, для сплайсинга этого гена в стволовые клетки. И это заставляет наши сердечные мышечные клетки мигать зеленым каждый раз, когда они бьются.
Хорошо, теперь мы наконец готовы начать эксперименты на животных. Мы взяли наши клетки сердечной мышцы и пересадили их в сердца крыс, которым сделали экспериментальные сердечные приступы. Месяц спустя я с тревогой заглянул в свой микроскоп, чтобы увидеть, что мы выросли, и я увидел ... ничего. Все умерло. Но мы упорствовали в этом и создали биохимический коктейль, и этого было достаточно, чтобы наши клетки выжили в стрессовом процессе трансплантации. И теперь, когда я смотрел в микроскоп, я мог видеть, как эта свежая, молодая человеческая сердечная мышца растет в поврежденной стенке сердца этой крысы. Так что это становилось довольно захватывающим.
Следующий вопрос был: будет ли эта новая мышца биться синхронно с остальной частью сердца? Поэтому, чтобы ответить на это, мы вернулись к клеткам, в которых был этот ген медузы. Мы использовали эти клетки, по сути, как космический зонд, который мы могли запустить в чужой среде, а затем получить этот вспыхивающий отчет о своей биологической активности. Наши клетки вспыхивают, и они синхронно вспыхивают, возвращаясь сквозь стены поврежденного сердца. Что это значит? Это означает, что клетки живы, они здоровы, они бьют, и им удалось соединиться друг с другом, чтобы они били синхронно.
Наши текущие исследования перешли к тому, что, как я думаю, будет наилучшим из возможных предсказателей для человеческого пациента, и это касается обезьян. По сути, это похоже на лечение плацебо, чтобы показать естественную историю болезни. Сердечная мышца макака показана красным, а синим - рубцовая ткань, которая возникает в результате сердечного приступа. Итак, когда вы выглядите так, вы можете видеть, как существует большой дефицит мышц в части стенки сердца. И нетрудно представить, как этому сердцу будет тяжело генерировать много сил.
Теперь, напротив, это одно из сердец, обработанных стволовыми клетками. Опять же, вы можете увидеть сердечную мышцу обезьяны в красном, но очень трудно даже увидеть синюю рубцовую ткань, и это потому, что мы смогли ее заселить сердечной мышцей человека, и поэтому у нас получилось это замечательно, пухлая стена.
Хорошо, я показал вам, что мы можем взять наши стволовые клетки и дифференцировать их в сердечную мышцу. Мы узнали, как сохранить их живыми после трансплантации, мы поняли, что они бьются синхронно с остальной частью сердца. Вы думаете, что мы преодолели все препятствия на нашем пути, верно? Оказывается, нет.
Эти исследования также научили нас, что наши клетки сердечной мышцы человека создали период электрической нестабильности. Они вызывали желудочковые аритмии или нерегулярное сердцебиение в течение нескольких недель после того, как мы их пересадили. Это было довольно неожиданно, потому что мы не видели этого у более мелких животных. Мы тщательно его изучили, и оказалось, что это связано с тем, что наши клеточные графики довольно незрелые, а незрелые клетки сердечной мышцы все действуют как кардиостимуляторы. Итак, что происходит, мы вкладываем их в сердце, и начинается соревнование с естественным кардиостимулятором сердца за то, кто заставляет их стрелять. Это было бы похоже на то, как если бы вы привели целую стаю подростков в свое упорядоченное домашнее хозяйство одновременно, и они не хотят следовать правилам и ритмам ваших действий, и требуется время, чтобы обуздать всех и заставить людей работать скоординированно. Таким образом, наши планы на данный момент состоят в том, чтобы заставить клетки пройти этот беспокойный период юности, пока они еще в тарелке, а затем мы пересадим их в пост-подростковую фазу, где они должны быть намного более упорядоченными и готовы выслушать их походные приказы. Между тем, оказывается, что мы действительно можем добиться хороших результатов, если будем лечить антиаритмическими препаратами.
Таким образом, остается еще один большой вопрос, и это, конечно, вся цель, которую мы поставили перед собой: можем ли мы на самом деле восстановить работу поврежденного сердца? Чтобы ответить на этот вопрос, мы обратились к тому, что называется «фракция выброса левого желудочка». Фракция выброса - это просто количество крови, которое выжимается из камеры сердца при каждом ударе. Теперь у здоровых обезьян, как и у здоровых людей, фракции выброса составляют около 65 процентов. После сердечного приступа фракция выброса падает примерно до 40 процентов, поэтому эти животные находятся на пути к сердечной недостаточности. У животных, которые получают инъекцию плацебо, когда мы сканируем их через месяц, мы видим, что фракция выброса остается неизменной, потому что сердце, конечно, не восстанавливается самопроизвольно. Но у каждого из животных мы видим существенное улучшение функции сердца. Это в среднем восемь очков, так что от 40 до 48 процентов. Что я могу вам сказать, так это то, что восемь баллов лучше, чем все, что сейчас доступно на рынке, для лечения пациентов с сердечными приступами. Это лучше, чем все, что мы собрали вместе. Так что, если бы мы могли сделать восемь баллов в клинике, я думаю, это было бы большим делом, которое оказало бы большое влияние на здоровье человека.
Но это становится более захватывающим. Это было всего через четыре недели после трансплантации. Если мы продлим эти исследования до трех месяцев, мы получим полный 22-балльный прирост фракции выброса.
В перспективе наш план состоит в том, чтобы начать первую фазу, сначала с испытаний на людях через два коротких года. Предполагая, что эти исследования безопасны и эффективны, что, я думаю, и будет, наш план состоит в том, чтобы увеличить их и отправить эти клетки по всему миру для лечения пациентов с сердечными заболеваниями. Учитывая глобальное бремя этой болезни, я легко мог себе представить, что такое лечение миллионов и более пациентов в год.
Поэтому я предполагаю время, может быть, через десять лет, когда пациентка, такая как моя мать, получит реальное лечение, которое поможет устранить первопричину, а не просто устранить ее симптомы. Все это происходит из-за того, что стволовые клетки дают нам возможность восстанавливать организм человека из его составных частей.
В не столь отдаленном будущем восстановление людей превратится из чего-то надуманного в научную фантастику в обычную медицинскую практику. И когда это произойдет, это будет иметь трансформационный эффект, который конкурирует с разработкой прививок и антибиотиков.