Клетки-зомби убивают и спасают
Точечное воздействие на процесс старения может принести пользу в лечении ран и даже рака
Ваша кожа кишит зомби — то есть клетками-зомби. Этот научно-фантастический термин используется для описания стареющих клеток кожи, которые уже отслужили свое, но никогда не отмирают полностью. В то время как некоторые стареющие клетки могут вызывать такие проблемы, как воспаление и ускорение старения, другие могут помогать иммунной системе заживлять раны и даже бороться с раком.
Фото: silent_1 / shutterstock
Фото: silent_1 / shutterstock
Вероятно, ученые смогли понять, почему клетки-зомби кожи ведут такую двойную жизнь: не все стареющие клетки кожи одинаковы. Новое исследование стало ступенькой к пониманию процессов, протекающих во время старения кожи, и к тому, как влияют различные типы клеток на реакции организма. Ранее считалось, что все клетки кожи одного типа стареют одинаково, но это не так. Как говорится в исследовании, существует три основных подтипа стареющих клеток с разными формами, биомаркерами и функциями. Понимание различий может помочь ученым воздействовать на вредные типы клеток, не затрагивая полезные. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
«Мы знаем, что стареющие клетки кожи отличаются от стареющих иммунных клеток или стареющих мышечных клеток. Но в рамках одного типа клеток стареющие часто считаются одинаковыми — по сути, клетки кожи либо стареют, либо нет,— отметил Джуд Филлип, соавтор исследования и инженер-биомедик из Университета Джонса Хопкинса.— Но мы обнаружили, что, когда клетка кожи стареет или переходит в состояние подобное зомби, она может пойти по одному из трех разных путей, каждый из которых приводит к немного отличающемуся подтипу».
Сравнение клеток
В новом исследовании ученые использовали машинное обучение и технологии визуализации для сравнения образцов клеток кожи. Образцы были взяты у 50 здоровых доноров в возрасте от 20 до 90 лет, участвовавших в Балтиморском лонгитюдном исследовании старения. Этот проект, финансируемый Национальным институтом здравоохранения, является самым продолжительным исследованием старения в США.
Авторы работы извлекли из кожи клетки, называемые фибробластами. Фибробласты представляют собой «внутренние строительные леса» человеческой кожи, которые придают тканям эластичную структуру. Фибробласты — это клетки соединительной ткани, активно синтезирующие белки внеклеточного матрикса, в частности коллаген. В настоящее время выделяют три различных источника фибробластов: малодифференцированные фибробласты, локальный эпителиально-мезенхимальный переход, а также образование из костномозговых предшественников (прогениторных клеток фибробластического ряда). Основной источник фибробластов — малодифференцированные фибробласты.
В рамках эксперимента ученые подтолкнули фибробласты к старению, повредив их ДНК, что происходит в процессе обычного старения человека. Стареющие клетки накапливаются естественным образом по мере взросления людей, поэтому старые образцы в лаборатории в конечном итоге содержали смесь здоровых и стареющих фибробластов. Затем они использовали специальные красители, чтобы получить изображения клеток и окрасить элементы, которые указывают на стареющие клетки. Алгоритмы, разработанные для исследования, проанализировали изображения, измерив 87 различных физических характеристик каждой клетки и разделив фибробласты на группы.
Три типа клеток-зомби
По итогам исследования выяснилось, что фибробласты бывают 11 разных форм и размеров. Три из них характеризуют стареющие клетки кожи, исследователи промаркировали их номерами C7, C10 и C11. Кстати, только один подтип стареющих фибробластов — C10 — чаще встречается у пожилых доноров.
Эти подтипы поместили в чашки Петри (прозрачный лабораторный сосуд в форме невысокого плоского цилиндра, закрываемого прозрачной крышкой подобной формы, но несколько большего диаметра) и подвергли их воздействию ряда лечебных препаратов, разработанных для уничтожения зомби-клеток. Каждый подтип реагировал по-разному. В частности, дазатиниб + кверцетин, препарат, который в настоящее время проходит клинические испытания, наиболее эффективно уничтожал стареющие фибробласты C7, а дазатиниб + кверцетинбут почти не действовал на C10. Это открывает путь к более точным методам борьбы с опасными зомби-клетками, оставляя полезные нетронутыми.
Результаты работы показывают, что лекарства могут воздействовать на один подтип, а не на все сразу. При этом более «вредные» клетки-зомби могут способствовать развитию заболеваний, связанных со старением, включая слабоумие, сердечно-сосудистые заболевания и диабет. «Благодаря нашим открытиям созданы инструменты для разработки новых лекарств или методов лечения, которые будут целенаправленно воздействовать на подтип старения кожи, вызывающий воспаление и заболевания, как только он будет выявлен»,— отметил Джуд Филлип.
Еще и против рака
Более точечное воздействие на процесс старения может принести пользу в лечении рака. Исследователи уже разрабатывают специальные методы лечения, которые вызывают старение раковых клеток, превращая неконтролируемо размножающиеся раковые клетки в клетки-зомби,— такие методы лечения могут остановить рост опухоли, но оставляют после себя стареющие клетки. В дальнейшем бороться придется именно с ними, а не со смертельной болезнью. Традиционная химиотерапия, кстати, также приводит к старению клеток в качестве побочного эффекта. Для пациентов накопление стареющих клеток может быть проблематичным, поскольку они могут способствовать воспалению, когда иммунная система наиболее уязвима.
Пациенты также могут получить пользу от препаратов, которые вводятся после химиотерапии и действуют как «метелка» для клеток-зомби, убирая ненужные и оставляя более полезные. Такие виды лечения называются сенотерапией. Сенотерапевтические препараты — это класс лекарств и натуральных продуктов, которые предотвращают процесс преждевременного старения. Сенолитики (senolytics) вызывают гибель сенесцентных клеток посредством индукции апоптоза. Даже небольшое уменьшение числа этих клеток значительно снижает количество возраст-ассоциированных симптомов.
Теперь команда исследователей, участвовавших в эксперименте, планирует изучить подтипы старения в образцах тканей за пределами лаборатории, чтобы понять, как эти три подтипа могут быть связаны с заболеваниями кожи и возрастными заболеваниями. «Мы надеемся, что при дальнейшем развитии наша технология поможет предсказывать, какие препараты могут быть эффективны для воздействия на стареющие клетки, которые способствуют развитию конкретных заболеваний,— сказал Джуд Филлип.— В конечном счете мы хотим иметь возможность помогать в постановке индивидуальных диагнозов и улучшать состояние здоровья».