Стовбурові клітини рослин: нові можливості anti-age-медицини
Ірина Дєєва, к.м.н. с.н.с. лабораторії біофізичних методів діагностики НДІ фізико-хімічної медицини, науковий консультант російського представництва компанії O.T.I. (Італія)
Часи, коли люди старіли «натурально», схоже, остаточно минули. Безперервний прогрес в медицині і косметології сьогодні дає шанс кожному з нас виглядати молодше. Дослідники роблять все нові відкриття в пошуку коштів, здатних стерти зморшки і відтворити колись чіткі контури обличчя і тіла.
Одним словом, час, коли ми зможемо впевнено, ефективно і безпечно застосовувати стовбурові клітини людини, поки ще не настав. Але, як виявилося, у нас під рукою - інший, причому невичерпне, джерело стовбурових клітин - рослини.
Отже, було доведено, що:
як і стовбурові клітини тварин, стовбурові клітини рослин діляться асиметрично. Це означає, що їх нащадки можуть мати різну долю - або залишатися стовбуровими, або піддаватися диференціювання (рис. 2);
стовбурові клітини тварин і рослин експресують специфічні молекули, що відрізняють їх від всіх інших клітин організму;
нащадки стовбурових клітин тварин і рослин в певних умовах можуть бути повернуті в недиференційований ( «стовбурові») стан;
доля як самих стовбурових клітин, так і їх нащадків визначається мікрооточенням, в якому вони знаходяться або в яке потрапляють - так званої «нішею» стовбурових клітин. Підкреслюючи значення «ніші», вчені говорять, що «стовбурові клітини - це тимчасові окупанти постійного офісу»;
стовбурові клітини тварин і рослин дають початок клонам спеціалізованих клітин.
Однак існує принципова відмінність: клітини меристеми тотипотентність, тобто мають усі потенціями майбутнього рослини і здатні диференціюватися в будь-яку з його клітин. А у тварин і людини тотипотентностью володіють тільки клітини ембріона, та й то лише під час декількох перших поділів зиготи. Потім це властивість прогресивно втрачається, і після народження в організмі людини залишаються в кращому випадку мультипотентні (наприклад, кровотворні) стовбурові клітини, які можуть дати початок лише кільком типам спеціалізованих клітин.
Способи отримання стовбурових клітин рослин: біотехнологія або природа?
Один з методів розмноження стовбурових клітин - біотехнологічний, в «биореакторах». Підготовка до такого розмноження проводиться наступним чином: спочатку на шматочку рослинної тканини, який називають експлантов, роблять надріз. У місці пошкодження клітини починають ділитися і утворюють безбарвну клітинну масу - каллус. Це особлива тканина, клітини якої мають деякими рисами стовбурових. Потім каллус поміщають в спеціальні рідкі середовища, що містять поживні речовини, стимулятори, антибіотики, - там відбувається нарощування біомаси. Завершує цикл гомогенізація клітин, екстракція і стабілізація необхідних компонентів. Основна перевага біотехнологічного шляху - можливість отримання великих кількостей стандартизованих екстрактів недиференційованих тканин рослини.
Однак цей метод далеко не ідеальний. Поза організмом зростання калусних клітин відбувається «анархічно», неорганізовано, асинхронно (рис. 3а). Тканина зростає повільно, селективні речовини діють на клітини нерівноцінні, в процесі культивування вони поступово втрачають здатність до регенерації. Калусних клітини в культурі гетерогенні не тільки за віком, а й генетично - число і «якість» хромосом в них може сильно відрізнятися. Це означає, що каллус (на відміну від меристем) - генетично нестабільна система. Метаболічно клітини каллуса теж відрізняються як від справжніх стовбурових, так і від спеціалізованих клітин рослин.
І головне, для кожного виду рослин доводиться підбирати свої, особливі умови культивування. Це уповільнює роботу зі створення «бібліотеки» культур недиференційованих клітин рослин і робить кінцевий продукт досить дорогим.
Інший спосіб отримання стовбурових клітин рослин дала нам сама природа, зосередивши меристему - спільнота стовбурових клітин - в точках активного росту рослин. Слідуючи цим методом, ранньою весною збирають частини рослин, збагачені меристемою - нирки, проростки, молоді корінці і пагони. Потім, свіжими, їх очищають, подрібнюють і готують екстракти. Екстрагують суміші, зазвичай містять гліцерин, спирт і воду, є прекрасними консервантами, тому більше ніяких сторонніх речовин в препарати не додають.
Цікаво, що термін «терапія стовбуровими клітинами рослин» був вперше використаний в 1970 році французьким лікарем Домініком Рішаром (Dominique Richard) саме для опису досвіду терапевтичного застосування екстрактів з ростових зон рослин. Цей метод лікування в Європі і США відомий також як «геммотерапія» або «фітоембріотерапія».
Звичайно, такий варіант приготування екстрактів рослинних стовбурових клітин не дає того виходу біологічного матеріалу, який може забезпечити біотехнологія. Але він зберігає цілісність міжклітинних взаємин і дозволяє отримати гармонійне поєднання «автентичних» активно діючих речовин (рис. 3б).
Біохімічні особливості стовбурових клітин рослин
Є дані, що недиференційовані тканини рослини по своєму метаболізму значно відрізняються від зрілих. Їх біохімічний профіль «заточений» на забезпечення схоронності генетичної інформації і синхронізацію процесів ділення клітин, а біосинтез багатьох вторинних метаболітів сильно пригнічений.
У стовбурових клітинах відзначається висока концентрація «будівельних цеглинок» - жирних, нуклеїнових і амінокислот, вітамінів і кофакторів, ферментів проліферації і антиоксидантного захисту, енергоємних сполук і компонентів дихальних систем. Важливою рисою меристем є присутність в них фітогормонів. До теперішнього часу відкриті цілі класи цих речовин-регуляторів: ауксини, гібереліни, цитокініни, брассіноліди, жасмонат, поліаміни, стріголактони, пептидні гормони. Ці сполуки впливають на зростання, розвиток і диференціацію рослинних клітин і тканин, допомагають їм протистояти стресам, уповільнюють старіння.
Хочеться особливо відзначити, що стовбурові клітини рослин - це справжні фабрики з виробництва рибонуклеїнових кислот (РНК). Причому в меристеме їх набагато більше, ніж в каллусе. Вважається, що ці невеликі молекули, беручи участь в процесах так званої РНК-інтерференції, забезпечують комунікацію стовбурових клітин, синхронізують їх функціонування, визначають мозаїку диференціальної активності генів. До речі, одна з функцій ауксинов - активація РНК-полімерази - якраз і призводить до збільшення синтезу РНК в стовбурових клітинах.
Ще один цікавий факт: виявилося, що багато фітогормони не тільки здатні впливати на метаболічні процеси, що відбуваються в організмі людини, а й утворюються в ньому. Наприклад, абсцизовая кислота у рослин виконує фундаментальну фізіологічну функцію адаптації до абіотичних стресів. А зовсім недавно було виявлено, що абсцизовая кислота синтезується і виводиться людськими гранулоцитами і панкреатическими бета-клітинами, стимулює диференціацію мезенхімальних і гемопоетичних стовбурових клітин. Виходить, що цей цитокін людини є яскравим прикладом збереження біологічно активної речовини і його сигнального шляху в еволюції живого світу.
Інший приклад: довгий час вважалося, що цитокініни - похідні аденозину - це «ексклюзивні» гормони рослин, основна функція яких - сповільнення процесів старіння. Але зовсім недавно групі данського професора Брайана Кларка (Bryan Clark) вдалося встановити, що в тваринних клітинах теж містяться цитокініни. Причому, було показано (правда, поки тільки в культурі фібробластів), що і у людини ці речовини виконують ту ж саму функцію затримки старіння. Як вони це роблять? Точної відповіді на це питання поки що немає, але деякі деталі вже зрозумілі. Виявлено, наприклад, що один з цитокінінів - кинетин - перешкоджає виникненню дефектів в рибонуклеїнових кислотах при їх «дозріванні» (сплайсинге).
У стовбурових клітинах рослин знайдені також антиоксидантні ферменти (супероксиддисмутаза, глутатіонпероксидази, каталаза), що нейтралізують вільні радикали як у рослин, так і у людини; компоненти системи цитохрому, які в людському організмі забезпечують клітинне дихання; G-білки, мітоген-активуються протеїнкінази (МАРК) та інші учасники сигнальних шляхів, що визначають зростання, розмноження, старіння або смерть людських клітин; білки-шаперони (heat shock proteins), які здатні виправляти порушену (наприклад, при старінні) просторову організацію білкових молекул.
І це лише кілька прикладів біохімічного «взаємопроникнення» двох царств живого світу.
Стовбурові клітини рослин і старіння людини
Зрозуміло, що зі стовбурових клітин рослин неможливо виростити новий людський орган, але їм під силу запобігти ситуації, в якій виникне сама необхідність його заміни. Дійсно, досвід американських і європейських лікарів свідчить про те, що екстракти меристем дозволяють коригувати багато патологічні зрушення, що супроводжують старіння організму, здійснити тонке "настроювання" метаболізму, провести клітинну детоксикацію і репарацію пошкоджених компонентів, забезпечити адекватний розвиток стресових реакцій.
На жаль, руйнівну дію часу позначається на всіх клітинах без винятку. Наші стовбурові клітини, покликані підтримувати працездатність органів і тканин, теж старіють, а їх кількість з віком катастрофічно знижується. Якщо при народженні людини одна стовбурова доводиться на 10 тисяч інших клітин, то до 50-річного віку - одна на 500 тисяч!
Системна терапія рослинними стовбуровими клітинами
Дана методика була розроблена групою італійських вчених. Цікаво, що рослинна сировина для застосовуваних в ній препаратів вирощують в Абруццо -
одному з найбільш екологічно чистих регіонів Італії, третина якого припадає на національні парки і заповідники. Розуміючи важливість холістичного підходу до здоров'я людини, творці методики не обмежуються впливом на шкіру і, крім кремів, виробляють комплекс засобів, не тільки системно протидіючих старіння організму в цілому, а й вирішують проблему «слабкої ланки» - того органу, страждання якого найбільш очевидно, або тієї функції, яка порушена більше інших.
Яким же чином тканини рослинних меристем виявляються ефективними в таких різних випадках? Перш за все, відомо, що кожна рослина має специфічну тропность до певного органу і характеризується особливим спектром дії. Виключно важливо те, що основа благотворного дії рослинних меристем - це детоксикація, яку вони запускають на молекулярно-клітинному рівні. Причому, детоксикація «профілактична» - токсинів просто не дають утворюватися в надмірній кількості. Дійсно, антирадикальні з'єднання, якими багаті екстракти, зменшують кількість вільних радикалів в клітці. Ці загалом необхідні молекули, накопичуючись, стають «молекулярними вбивцями»: активно взаємодіють з учасниками клітинних метаболічних реакцій, змінюють їх властивості, роблять функціонально неповноцінними, а, значить, перетворюють в «токсини». Компоненти екстрактів з антиокислювальні властивості переривають ланцюгові реакції перекисного окислення ліпідів клітинних мембран, тим самим забезпечують збереження їх бар'єрної, транспортної та сигнальної функції. Речовини-хелатор важких металів не дозволяють їм змінювати функції життєво важливих ферментів, в тому числі тих, які відповідають за правильну експресію генів. Білки-шаперони виправляють порушену укладання білкових молекул, які, вийшовши з ладу, теж збільшують токсичне навантаження. Крім того, екстракти активують органи виділення і забезпечують ефективне виведення вже утворилися токсинів з організму. Зацікавлений читач знає, що одна з існуючих на сьогоднішній день теорій старіння пояснює процес згасання функцій якраз накопиченням «молекулярних помилок». Значить, звільняючи клітини, органи і тканини від токсинів, екстракти меристем «омолоджують» організм.
Італійські, а також з недавнього часу і російські фахівці естетичної медицини, які застосовують інноваційні комплексні програми з використанням препаратів стовбурових клітин рослин, вже відзначають їх високу ефективність як засобів anti-age медицини.