Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи
Но что происходит у млекопитающих? Возможно, у них из всех органов и тканей такие клетки следует искать именно в крови. Эритроциты и некоторые лейкоциты (например, нейтрофилы) постоянно умирают и заменяются новыми; если стволовые клетки существуют, то где им быть, как не в крови? Цитолог Артур Паппенгейм, изучавший костный мозг в конце 1890-х годов, обнаружил островки, где зарождались клетки многих типов, как будто одна центральная клетка была способна производить разные клетки10. В 1896 году биолог Эдмунд Уилсон использовал термин “стволовая клетка”11 для обозначения клетки, способной к дифференцировке и самообновлению – именно такой, какую Гекер наблюдал у Cyclops.
По мере того как идея стволовой клетки завоевывала популярность в начале 1900-х годов, она одновременно уточнялась в плане иерархии12. Тотипотентные клетки могут давать начало всем типам клеток любой ткани организма (в том числе плаценты, пуповины и структур, питающих и защищающих эмбрион). Рангом ниже по возможности обновления располагаются плюрипотентные клетки, способные производить почти все клетки (иными словами, все ткани зародыша – мозг, кости, кишечник, – кроме тех, из которых формируется плацента и поддерживающие структуры, связывающие зародыш с матерью). А затем следуют мульти-потентные клетки, порождающие все типы клеток в конкретной ткани, такой как кость или кровь.
С 1890-х и до начала 1950-х годов некоторые биологи утверждали, что разные элементы крови (лейкоциты, эритроциты и тромбоциты) происходят от одной и той же мультипотентной стволовой клетки костного мозга. Другие полагали, что каждый тип возникает из конкретной стволовой клетки. Но повального интереса к этим загадочным стволовым клеткам крови не было, поскольку формальных доказательств ни той ни другой гипотезы не существовало. В 1950-е годы концепция стволовых клеток почти исчезла из биологической литературы.
В середине 1950-х годов канадские исследователи Эрнест Маккалох и Джеймс Тилл занялись изучением регенерации клеток крови после облучения. Это был странный союз очень разных людей. Маккалох – крепкий, плотный, невысокий – происходил из семьи “старого золотого Торонто”, как писал один биограф13. У него был живой и любопытствующий ум: “он размышлял небрежно, часто при этом развлекаясь соединением точек на бумаге”. Он учился медицине внутренних болезней в Главном госпитале Торонто. В 1957 году его назначили заведующим гематологическим отделением в Онкологическом институте Онтарио, но однообразная врачебная практика ему быстро наскучила, и он полностью переключился на исследования.
Тилл, напротив, был высоким и худым, происходил из семьи фермеров из провинции Саскачеван и защитил диссертацию по биофизике в Йельском университете. Ум его был острым, математическим, с предельным вниманием к деталям. Он добавлял методичности изобретательному сумасшествию Маккалоха. Их интересы и опыт тоже оказались взаимодополняющими. Тилл изучал радиационную физику; он знал, как калибровать излучение и измерять его воздействие на тело (он учился у знаменитого своей строгостью Гарольда Джонса, изучавшего влияние излучения кобальта). Маккалох был гематологом, и его интересовала кровь и ее происхождение.
В 1957 году, когда началось их сотрудничество, Торонто был сонным провинциальным городом. Научные новости поступали туда тонкой струйкой. Но после взрыва бомбы ученые всего мира стали искать способы защиты тела и органов от смертоносного воздействия радиации. Тилла и Маккалоха больше всего интересовало влияние излучения на кровь. Но как измерить это влияние количественно? Когда они воздействовали на мышь высокой дозой излучения, они обнаружили, что примерно через две с половиной недели процесс кроветворения прекращался – и мышь умирала, как жертвы третьей волны смертей в Хиросиме. Единственный способ спасти мышь заключался в пересадке костного мозга от другой особи. Переносом клеток из костного мозга (где формируются клетки крови) другой мыши Тилл и Маккалох смогли спасти облученную мышь, и у животного восстановился процесс кроветворения. Именно этот первый эксперимент с воскрешением почти умершего животного открыл новые горизонты в области клеточной биологии[140].
В холодное декабрьское воскресенье 1960 года, за несколько дней до Рождества, Тилл вышел из своего дома в Торонто, чтобы взглянуть на результаты лабораторного опыта. План опыта была прост: мышей подвергали воздействию достаточно высокой дозы радиации, чтобы остановить процесс кроветворения, а затем пересаживали им костный мозг от других особей. Чтобы спасти от смерти, мышам вводили разное количество клеток костного мозга (оттитрованную дозу).
Потом Тилл умерщвлял мышей и производил вскрытие, методично осматривая каждый орган. Костный мозг. Печень. Кровь. Селезенка. Казалось, смотреть было особенно не на что. Но внимательно разглядывая селезенку, Тилл обнаружил крохотные белые наросты – колонии клеток. Он обладал математическим складом ума и поэтому подсчитал количество колоний в селезенке каждой мыши и нанес результаты на график. Количество наростов в точности коррелировало с количеством пересаженных клеток костного мозга. Чем больше клеток переносили, тем больше колоний образовывалось. Что это могло означать? Простейший ответ заключался в том, что число колоний не случайным образом коррелировало с числом пересаженных клеток, добравшихся до селезенки, а скорее являлось количественной мерой специфического типа клеток. Эти клетки способны образовывать колонии в селезенке (признак регенерации) и, по-видимому, в соответствующей пропорции содержатся в костном мозге (поэтому чем больше клеток было пересажено, тем больше получалось колоний-наростов).
Вскоре Тилл и Маккалох поняли, что каждый нарост представлял собой регенерирующий узел клеток крови. Но не абы какой. Эти колонии производили все активные элементы крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. И их было чрезвычайно мало: примерно одна колония на десять тысяч клеток костного мозга.
Тилл и Маккалох опубликовали результаты в статье с прозаическим названием “Прямой способ определения радиационной чувствительности клеток костного мозга нормальной мыши”14 (заметьте, что здесь даже вскользь не упомянуты стволовые клетки) в научном журнале по радиобиологии. “Нужно помнить, что тогда такой работой интересовалась лишь весьма небольшая группа исследователей, – писал Тилл. – Это было до всех экспериментов, которые начались в последующем десятилетии или около того”15. Но инстинктивно Тилл и Маккалох почувствовали, что их результат вскрыл чрезвычайно важный принцип: очень немногие из пересаженных клеток костного мозга, как отважные первооткрыватели, переплывшие океан на самодельном корабле, добрались до селезенки и основали колонии для регенерации крови – всех ее главных клеточных элементов. Научный писатель Джо Сорнбергер описывал это так: “Эта статья отображала совсем новый способ рассуждений о том, как тело создает кровь, не говоря уже о фундаменте возможных выводов для других биологических рассуждений, поскольку, если это справедливо
