Было бы здорово, если бы мы могли заменить поврежденные старые клетки их новыми клетками, идентичными нашим собственным. Таким образом, нам не придется иметь дело со всеми проблемами отторжения, которые делают трансплантацию органов такой сложной задачей, или с отсутствием доноров. Использование стволовых клеток таким образом называется терапевтическим клонированием; создание клеток, идентичных конкретному человеку, чтобы лечить болезнь.
На протяжении более чем 40 лет мы знали, что теоретически это возможно. Работа Джона Гердона и все, что последовало за ним, показали, что взрослые клетки содержат «чертежи» для всех клеток тела, если мы только можем найти правильный способ доступа к ним. Джон Гердон взял нуклеусы у взрослых жаб, поместил их в жабьи яйца и смог протолкнуть эти ядра обратно в ландшафт Уоддингтона и создать новых животных. Взрослые ядра были критично-перепрограммированы. Ян Уилмут и Кит Кэмпбелл проделали почти то же самое с овцами. Важной общей чертой, которую следует признать здесь, является то, что в каждом случае перепрограммирование работало только тогда, когда взрослое ядро было помещено внутрь неоплодотворенного яйца. Именно яйцо было действительно важным. Мы не можем клонировать животное, взяв взрослое ядро и поместив его в какой-то другой тип клеток.
Нам нужно немного клеточной биологии здесь. Ядро содержит подавляющее большинство ДНК / генов, которые кодируют нас и наш план. Существует крошечная фракция ДНК, которая находится не в ядре, а в крошечных структурах, называемых митохондриями, но здесь нам не нужно беспокоиться об этом. Когда мы впервые узнаем о клетках в школе, это почти так же, как если бы ядро было всемогущим, а остальная клетка – цитоплазма – это мешок жидкости, которая на самом деле не делает много. Ничто не может быть дальше от истины, и это особенно относится к яйцу, потому что жабы и Долли научили нас, что цитоплазма яйца является абсолютно ключевой. Что-то в этой яйцевой цитоплазме активно перепрограммировало взрослое ядро, которое экспериментаторы ввели в него. Эти неизвестные факторы переместили ядро со дна одной из впадин Уоддингтона обратно на вершину ландшафта.
Никто по-настоящему не понимал, как цитоплазма яйцеклеток может превращать взрослые ядра в такие, как зиготы. Существовало довольно много предположений, что бы это ни было, оно должно быть невероятно сложным и трудным для разгадки. Часто в науке действительно большие вопросы имеют меньшие, более управляемые вопросы внутри них. Таким образом, ряд лабораторий решили концептуально более простую, но технически все еще чрезвычайно сложную проблему.
Зигота
Вспомните тот бал в верхней части пейзажа Уоддингтона. В клеточных терминах это зигота, и она называется тотипотентной клеткой, то есть она имеет потенциал для формирования каждой клетки в организме, включая плаценту. Конечно, зиготы по определению довольно ограничены в количестве, и большинство ученых, работающих в очень раннем развитии существа, используют клетки из немного более поздних, известных эмбриональных стволовых клеток. Они создаются в результате нормальных путей развития. Зигота делится несколько раз, чтобы создать пучок клеток, называемый бластоцистой. Хотя бластоциста обычно имеет менее 150 клеток, это уже ранний эмбрион с двумя различными отделами. Существует внешний слой, называемый трофэктодермой, который в конечном итоге образует плаценту и другие экстраэмбриональные ткани, а также внутреннюю клеточную массу.
Плюрипотентные клетки
Данные клетки можно выращивать в лабораторных условиях в культуральных чашках. Они хорошо поддерживаютжизнеспособность и требуют специальных условий культивирования и тщательного обращения, и они вознаграждают нас, разделяясь неограниченное количество раз и оставаясь такими же, как родительская клетка. Это клетки могут формировать каждую клетку эмбриона и в конечном итоге зрелого животного. Они не тотипотентны – они не могут делать плаценту – поэтому их называют плюрипотентными, потому что они делают почти все остальное.
Эти клетки были неоценимы для понимания того, что важно для поддержания клеток в плюрипотентном состоянии. На протяжении многих лет ряд ведущих ученых посвятили огромное количество времени выявлению генов и белков, экспрессируемых (включаемых) в данных клетках. Они, в частности, пытались идентифицировать гены, которые держат клетки в плюрипотентном состоянии. Эти гены чрезвычайно важны, потому что клетки, похоже, очень склонны превращаться в другие типы клеток в культуре, если вы не соблюдаете правильные условия их содержания в культуральной жидкости. Например, всего лишь небольшое изменение условий культивирования и культуральная чашка Петри, полная данными клетками, которые могут дифференцироваться в кардиомиоциты и делать то, что лучше всего делают клетки сердца. Несколько иное изменение условий (например, изменение тонкого баланса химических веществ в культуральной жидкости) может отвлечь клетки от сердечного пути и начать развитие клеток, которые дают начало нейронам в нашем мозге.
