Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи
В конце концов между Коллипом, Бестом, Маклеодом и Бантингом установилось хрупкое перемирие. Они запатентовали очищенное вещество и организовали лабораторию, чтобы производить его в большом количестве для лечения пациентов. Название вещества изменилось: илетин превратился в инсулин[136]. Широкомасштабные клинические испытания подтвердили невероятный успех: уровень сахара в крови у пациентов, которым вводили инсулин, незамедлительно падал. Вставали на ноги дети с кетоацидозом, находившиеся в полуобморочном состоянии. Истощенные и измученные тела набирали вес. Вскоре стало ясно, что инсулин – один из основных регуляторов метаболизма сахаров; этот гормон отвечает за обнаружение сахара и рассылку соответствующего сигнала клеткам всего тела.
В 1923 году, всего через два года после первого эксперимента Бантинга и Беста, Бантинг и Маклеод были удостоены Нобелевской премии за открытие инсулина. Бантинга настолько поразило то, что награжден был не Бест, а Маклеод, что он обещал разделить свою часть премии с Бестом. Маклеод ответил, что сделает то же в отношении Коллипа. Возможно, история вполне справедливо отодвинула на задний план Маклеода, который то поддерживал проект, то вел себя откровенно скептически. Авторами открытия инсулина широко признаны Бантинг и Бест.
Теперь мы знаем, что инсулин синтезируется особой группой островковых клеток поджелудочной железы, называемых бета-клетками, а стимулом для его секреции является присутствие глюкозы в крови. Далее инсулин перемещается по всему телу. На него реагируют буквально все ткани: из сахара можно извлекать энергию и расходовать на процессы, связанные с энергетическими затратами, – синтез белков и жиров, накопление химических веществ для будущего использования, возбуждение нейронов, рост клеток. Вероятно, это один из самых важных сигналов, передаваемых на дальнее расстояние, который действует в качестве основного координатора и дирижирует метаболизмом во всем теле.
При диабете первого типа, от которого страдают несколько миллионов жителей планеты, иммунные клетки нападают на бета-клетки поджелудочной железы17. Без инсулина тело не чувствует сахар, даже когда в крови его много. Считая, что сахара нет, клетки тела ищут другие источники энергии. Тем временем сахар накапливается, но не расходуется, в результате чего его концентрация в крови достигает опасного уровня и он начинает выделяться с мочой. Сахар, сахар, кругом сахар – и ни молекулы, которая позволила бы утолить голод клеток. Это один из самых ужасных метаболических кризисов в человеческом теле: голодание клеток при избытке еды.
За десятилетия, прошедшие с момента открытия инсулина, жизнь миллионов больных диабетом первого типа кардинально изменилась. Когда я обучался медицине в 1990-е годы, пациенты проверяли уровень сахара в крови с помощью специального прибора и капельки крови, а затем сами вводили себе необходимую дозу препарата в соответствии со схемой. Теперь появились встраиваемые мониторы, постоянно регистрирующие уровень глюкозы в крови, и аппараты, которые автоматически вводят правильную дозу инсулина. Это закрытая самодостаточная система.
Однако ученые мечтают о создании искусственной поджелудочной железы. Если бы удалось культивировать бета-клетки в резервуаре, который можно встроить в человеческое тело, клетки могли бы действовать самостоятельно: чувствовать глюкозу, секретировать инсулин и, возможно, даже делиться, чтобы производить новые бета-клетки. Для работы такого устройства необходима подача крови с питательными веществами и кислородом и система для выведения инсулина. И, что важнее всего, его нужно защитить от нападения иммунной системы (от уничтожения островковых клеток собственными иммунными клетками человека), вызвавшего развитие диабета.
В 2014 году группа ученых под руководством Дугласа Мелтона из Гарварда опубликовала описание метода для постепенного превращения человеческих клеток типа стволовых в производящие инсулин бета-клетки18. В начале своей научной карьеры Мелтон занимался биологией развития и стволовыми клетками: изучал сигналы, используемые эмбрионом для построения органов, и реакцию стволовых клеток на эти сигналы.
А потом оба ребенка Мелтона заболели сахарным диабетом первого типа19. Когда сыну Мелтона Сэму было шесть месяцев, у него начались приступы рвоты и конвульсий, а в какой-то момент ему стало так плохо, что пришлось срочно везти его в больницу. В моче мальчика было очень много сахара. Дочка Мелтона Эмма, родившаяся на несколько лет раньше, тоже заболела. Как Мелтон сказал журналисту, его жена стала поджелудочной железой их детей20: четыре раза в день прокалывала им пальцы, проверяя уровень глюкозы, и вводила необходимую дозу инсулина. Но с годами эта личная история привела Мелтона к изучению диабета с намерением создать человеческие бета-клетки и имплантировать их в тело, т. е. создать искусственную поджелудочную железу.
Идея Мелтона заключалась в том, чтобы воспроизвести процесс развития. Каждый человек начинает жизнь с единственной тотипотентной клетки (т. е. клетки, способной дать начало любой ткани тела) и в какой-то момент обзаводится поджелудочной железой, способной чувствовать сахар и производить островковые клетки, секретирующие инсулин. Мелтон рассудил, что если это происходит в матке, то почему бы не попробовать воспроизвести этот процесс в чашке Петри, подобрав правильные факторы и условия? На протяжении двух десятилетий многие исследователи в лаборатории Мелтона пытались заставить человеческие плюрипотентные стволовые клетки превращаться в островковые клетки. Но процесс неизменно останавливался на предпоследней стадии созревания.
Однажды вечером в 2014 году молодая сотрудница лаборатории Мелтона Фелисия Пальюка проводила эксперимент и осталась на работе допоздна21. Муж уже звонил ей, предлагая вернуться к ужину, но ей оставалось завершить всего один эксперимент. Она добавила краситель к стволовым клеткам, которые вела по пути превращения в островковые клетки. Она надеялась, что те станут синими, а это означало бы, что они производят инсулин. Поначалу она увидела легкое синеватое окрашивание, но потом цвет стал темнее и гуще. Она смотрела опять и опять, чтобы удостовериться, что глаза ей не врут. Клетки производили инсулин.
В том же году Мелтон, Пальюка и их группа сообщили о своем успехе. Как они писали, созданные ими клетки “имеют маркеры зрелых бета-клеток, создают поток кальция в ответ на глюкозу [признак того, что они чувствуют сахар], упаковывают инсулин в секреторные гранулы и секретируют примерно столько же инсулина, сколько производят взрослые бета-клетки в условиях in vitro в ответ на несколько последовательных добавлений глюкозы”22. Они очень близки к таким человеческим бета-клеткам, которые искали исследователи: они способны выживать, функционировать и производить
