Немецкие учёные омолодили клетки 80-летнего человека более чем на 60 лет

Исследователи из Германии превратили клетки крови 80-летнего донора в нервные стволовые клетки с молекулярным возрастом младше 20 лет. Другими словами, в лабораторных условиях клетки "сбросили" более шести десятилетий биологического старения.

Работу провели специалисты Университетской клиники Бонна и Боннского университета. Учёные перепрограммировали незрелые предшественники эритроцитов в нейральные стволовые клетки, из которых со временем могут развиваться клетки мозга. В ходе этой трансформации молекулярные маркеры старения обнулились почти полностью.

Главное отличие от прежних экспериментов кроется в скорости процесса. Омоложение шло постепенно, и исследователи смогли наблюдать за изменениями на протяжении длительного времени. Результаты опубликованы в научном журнале Aging Cell.

В человеческом организме существуют сотни специализированных типов клеток. Все они происходят от одной оплодотворённой яйцеклетки и несут практически одинаковый набор генетических инструкций. По мере развития каждая клетка получает свою роль, и в обычных условиях клетка кожи не может стать клеткой печени, а клетка крови не превратится в нейрон.

Современные лабораторные методы позволяют обойти эти биологические ограничения. Учёные уже умеют менять "специальность" зрелых клеток и, например, превращать клетки кожи в клетки, способные формировать нервную ткань. В перспективе такой подход может пригодиться для лечения нейродегенеративных заболеваний.

Ключевую роль здесь играют транскрипционные факторы. Эти белки управляют активацией генов и определяют, какие генетические инструкции клетка будет выполнять. Меняя этот набор, исследователи перенаправляют развитие клетки и задают ей новую идентичность.

Профессор Оливер Брюстле, директор Института реконструктивной нейробиологии Университетской клиники Бонна, описал суть метода:

Используя этот метод, мы напрямую преобразовали предшественники эритроцитов в нейральные стволовые клетки.

Ранее боннская команда уже показала эффективность подхода в опытах на животных. Нервные клетки, полученные таким способом, после пересадки в мозг мышей успешно устанавливали связи с уже существующими нейронами.

В новой работе внимание исследователей переключилось на побочный, но крайне любопытный эффект перепрограммирования. Брюстле, который также входит в трансдисциплинарное исследовательское направление "Жизнь и здоровье" (TRA Life & Health) Боннского университета, пояснил смену фокуса:

Однако в нашем нынешнем исследовании мы сосредоточились на другом явлении, а именно на наблюдении, что в процессе перепрограммирования клетки значительно омолаживаются.

Для оценки степени омоложения учёные использовали так называемые эпигенетические часы. Этот инструмент определяет биологический возраст клетки по химическим модификациям ДНК, которые накапливаются или меняются по мере старения организма.

Такие модификации не затрагивают саму последовательность ДНК. Они влияют лишь на то, насколько часто клетка обращается к тем или иным генетическим инструкциям, и именно этим занимается эпигенетика. Поскольку характер изменений с возрастом предсказуем, по нему можно с высокой точностью вычислить "молекулярный возраст" клетки.

Результаты оказались впечатляющими. После перепрограммирования клетки 80-летнего человека демонстрировали эпигенетический профиль, соответствующий возрасту младше 20 лет. Причём изменения касались не только маркеров:

Мы также знаем, что это эпигенетическое омоложение гарантирует, что клетки действительно ведут себя как молодые.

Сам факт омоложения при перепрограммировании наукой уже описывался, однако прежние методы требовали двух отдельных этапов. Сначала исходную клетку, например клетку крови, превращали в плюрипотентную стволовую клетку, способную дать начало практически любому типу клеток организма.

Затем плюрипотентную клетку направляли по более узкому пути и превращали в нейральную стволовую клетку, которая производит клетки нервной системы. При таком сценарии омоложение происходит относительно быстро, и проследить все промежуточные изменения крайне сложно.

Боннские исследователи полностью исключили плюрипотентную стадию. Брюстле рассказал, к чему это привело:

Мы же, напротив, преобразовали клетки крови непосредственно в нейральные стволовые клетки, то есть без прохождения через плюрипотентную стадию. При нашем подходе омоложение происходило постепенно, и его можно было отслеживать более 100 дней.

Согласно данным исследования, примерно через 50 дней молекулярный возраст клеток снизился приблизительно на 60 лет. Растянутый во времени процесс позволил учёным изучать биологические изменения по ходу их развития, а не только фиксировать конечный результат.

Для исследователей старения такая модель открывает новые возможности. На ней можно выяснять, какие молекулярные механизмы задействованы в омоложении, и проверять, какие вещества ускоряют или замедляют этот процесс:

Омоложение, растянутое на такой долгий срок, идеально подходит в качестве экспериментальной модели. Поскольку эпигенетические часы медленно перезапускаются в течение нескольких недель, мы можем использовать эту модель, чтобы исследовать, какие факторы и активные вещества ускоряют или замедляют процесс омоложения.

Особую ценность открытие может представлять для нейробиологии, где старение тесно связано с развитием тяжёлых неврологических заболеваний. Речь не идёт о терапии, способной омолодить человека, однако учёные получили лабораторный инструмент для изучения того, как клетки возвращают себе молодые характеристики.

11 болезней, которые медицина может победить в ближайшие годы – от муковисцидоза до гепатита B

Свиные почки пролежали в заморозке больше года и снова заработали после пересадки

В будущем это может помочь лучше понять клеточные изменения, связанные с болезнью Альцгеймера и другими нейродегенеративными расстройствами. Брюстле напомнил, почему это направление так важно:

В конце концов, возраст – важнейший фактор риска нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера!

Важно отметить, что данное достижение – не означает, что в ближайшее время исследователи смогут оборачивать старение организма, но наблюдение за процессом определенно может направить в нужном направлении.