История эта давняя. В конце 60-х — начале 70-х годов прошлого века во время длительных орбитальных полетов у космонавтов стали возникать проблемы со здоровьем. Когда больше месяца они находились на орбите, у них развивался остеопороз, осложнялась работа сердечно-сосудистой системы. В космосе все было просто замечательно: они будто парили, не ощущая неудобств, не чувствуя, что мышцы и сосуды фактически не работают и атрофируются. А на Земле не могли стоять — из спускаемого аппарата их выносили на руках. Так, в условиях невесомости у космонавтов образовывались патологии — их сосуды не выдерживали гравитационных нагрузок. Вопрос встал ребром: или вообще прекращать полеты, или разрабатывать системы профилактики.
Невесомость победили: космонавтам прописали физические нагрузки. К их услугам были эспандеры и беговая дорожка, они крутили педали тренажера, причем руками тоже. В результате работа сердца и легких, мышц и костей активизировалась. Казалось, вопрос решен. Но на самом деле все было куда серьезнее. О дальнейших исследованиях рассказывает заведующая лабораторией Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН член-корреспондент РАН Людмила БУРАВКОВА:
— То была лишь верхушка айсберга, — вспоминает Людмила Борисовна. — Полеты продолжали удлиняться, в космос стали летать женщины, возраст космонавтов увеличивался. Но по-прежнему было непонятно, как происходит адаптация к факторам космического полета на клеточном уровне. Ответ должны были дать фундаментальные медико-биологические исследования. Их вели страны, занимающиеся освоением космоса: некоторые европейские (чьи космонавты участвовали в полетах), США и СССР, который представлял ИМБП.
Наш директор — академик Анатолий Иванович Григорьев — предложил мне собрать и возглавить группу для изучения влияния невесомости на клетки. К тому времени я проработала в ИМБП уже лет 20, здесь делала дипломную работу, училась в аспирантуре, защищала кандидатскую, а потом и докторскую диссертацию… Группу создавала с нуля: сначала нас было двое, сейчас 16 человек. Теперь это лаборатория клеточной физиологии. К нам приходили молодые ребята, которых привлекали уникальные космические исследования. Едва ли не главный вопрос, который я им задавала: готовы ли они относиться к нашему главному экспериментальному объекту — клетке — так же внимательно и любовно, как к собственному ребенку? И если ответ был положительным, то шансы попасть в лабораторию у претендента возрастали.
— Насколько сложной оказалась проблема?
— Судите сами: прошло уже почти 15 лет, а до конца мы так в ней и не разобрались. Например, нам нужно было выяснить, как гравитация влияет на внутриклеточные процессы. Ощущает ли клетка ее “слабое воздействие”? Многим моим коллегам по институту казалось, что все не так уж и сложно: раз клетка — простая модель, то можно делать с ней все что хочешь. Но это кажущаяся простота. Споры шли серьезные: уважаемые ученые уверяли, что невесомость не может воздействовать на клетку в силу ее небольших размеров. Теоретическим выкладкам мы могли противопоставить только результаты экспериментов, которые начали проводить на эндотелиальных клетках человека.
— Но эксперименты, наверное, проводить очень трудно?
— Конечно, ведь на Земле невозможно воспроизвести невесомость. Однако некоторые ее эффекты смоделировать удается. Плавающий в воде человек — одна из моделей невесомости. И когда он лежит на кровати, в горизонтальном положении, можно наблюдать эффекты, такие же как при невесомости, например атрофию мышц и остеопороз. Мелких лабораторных животных подвешивали так, что их конечности ни на что не опирались. Но как быть с клеткой? Выход нашли. Если герметичный сосуд с клетками разместить на платформе, которая постоянно меняет положение относительно вектора гравитации (за этим следит компьютер с помощью специальной программы), то воздействие уменьшается на 2-3 порядка. И, оказалось, клетка это чувствует и реагирует. Установили, что самый чувствительный к гравитации ее элемент — цитоскелет. Его перестройка происходила очень быстро и влекла за собой изменение подвижности и межклеточных контактов. Это означало, что мы докопались до первопричины. Правда, тут же посыпались новые не менее трудные вопросы: обратимы ли эти изменения, действительно ли мы воспроизвели эффекты невесомости?
С этими результатами я приехала на международную конференцию по гравитационной физиологии. Передо мной выступала Милли Фулфорт — ученый из США, в прошлом астронавт. На шаттле она провела космические эксперименты на таких же клетках, что и мы. Каково же было всеобщее удивление, когда не связанные между собой опыты дали одинаковый результат! Изменения цитоскелета в космосе и при наземном моделировании оказались аналогичными — коллеги аплодировали нам. Это запоминается. Но наших оппонентов здесь, в России, и это не убедило. Дело, думаю, в том, что далеко не все готовы тратить время и силы, чтобы изучить новое, вникнуть в суть — легче просто все отрицать.
Обрадованные первым успехом, мы подумали: а не замахнуться ли нам на стволовые клетки — в то время, конец 1990-х годов, эта область физиологии бурно развивалась. Взяли два типа стволовых клеток — эмбриональные и клетки костного мозга взрослого организма — и провели целую серию экспериментов, постоянно развивая методические подходы.
Больше пяти лет с использованием современных методов молекулярной биологии изучали эффекты невесомости и получили интересные результаты: стволовые клетки участвуют в остеопорозе, которому подвержены космонавты. В костной ткани постоянно протекают процессы разрушения и восстановления, в последних задействованы и недифференцированные клетки. Они, как подростки, должны пройти специализацию, прежде чем обретут черты той или иной ткани. Реагируя на гравитацию, они как бы находятся на развилке: могут стать костной тканью и строить “правильную” кость. А могут переквалифицироваться в жировую ткань — и кость тогда окажется недостроенной.
В этой развилке и кроется опасность: все зависит от того, по какому пути пойдет развитие клетки. Это проблема клеточного выбора. Нам, считаю, удалось обнаружить роль гравитационного фактора в сложном механизме дифференцировки стволовой клетки.
— И что дальше?
— Дальше возникают новые вопросы. Нужно понять: как и когда клетка делает выбор, как принимает решение? Сколько времени длится этот процесс? Что происходит с генами после того, как перестраивается цитоскелет? Как изменяется микроокружение клетки? Вопросов масса. На некоторые из них ответили мои молодые сотрудники, за что и были удостоены премии и медалей РАН для молодых ученых. Но вопросов меньше не становится. Например, такой: что будет с клеткой в условиях невесомости, если у космонавта начнется воспалительный процесс? Ведь и он, хотя и прошел строгий отбор, живой человек, к тому же нередко в возрасте, даже с ним может что-то случиться в длительном космическом полете. Всегда ли эффективно в условиях невесомости работает иммунная система?
— Удается ли это новое знание использовать на практике?
— Не всегда так быстро, как хотелось бы. Однако практика — это не только космос, но и клиника. Да, разработанная и используемая в нашей стране система профилактики неблагоприятного действия невесомости, прежде всего физические нагрузки, оказалась очень эффективной. Но впереди еще более длительные межпланетные экспедиции, и надо думать о совершенствовании этой системы. Обычно специальные препараты — бисфосфонаты, регулирующие состояние костной ткани, — дают в клиниках, а мы нашли для них новую сферу применения. И идем дальше. На основании собственного опыта и наработок западных коллег рекомендуем отправляющимся в длительные экспедиции космонавтам оставлять на земле свои здоровые стволовые клетки из костного мозга или жировой ткани, и если во время полета что-то случится, то по возвращении медики смогут использовать их для репарации (избежав, тем самым, несовместимости клеток).
Клеточные технологии активно используются в регенеративной медицине, а мы разработали новый методический подход с использованием пониженного содержания кислорода при культивировании. На его основе изучаем межклеточное взаимодействие — очень важное как в регуляции физиологических процессов, так и при развитии патологии. У нас уже 10 патентов, которые отмечены медалями и Гран-при на международных выставках, а в России две разработки Роспатент включил в список 100 лучших изобретений. Они помогут быстрее получить качественный клеточный препарат для трансплантаций.
— Как далеко продвинулись ваши западные коллеги?
— Когда мы встречаемся на конференциях и обмениваемся результатами, то искренне радуемся, как часто они совпадают. Мы говорим на одном языке и прекрасно понимаем друг друга. Помогает совместная работа на Международной космической станции и совместные исследования на биоспутниках.
— На фотографии в вашем фирменном календаре молодежь лаборатории прямо-таки парит в воздухе. А как на самом деле? Легко ли ей даются эти сложные материи?
— Никто не обещал им, что будет легко. Но мне хочется верить, что аспирантам и молодым сотрудникам в лаборатории интересно. Они осваивают новые методы, участвуют в комплексных международных экспериментах (таких как МАРС-500, БИОН, ФОТОН), хотя понимают, что в былые годы космос гораздо больше привлекал общественное внимание. Приятно, что они усвоили мой первый урок и относятся к клеткам очень бережно, как к малым детям, и не бросают их — на работу выходят даже в выходные и праздники. И благодаря этому получают очень интересные результаты.
Юрий ДРИЗЕ
Фото Андрея Моисеева
Нет комментариев