Исследователи научились создавать в лаборатории ткани, органы и даже целые организмы из одной клетки, в том числе соматической – не принимающей участия в половом размножении. Учёные работают над пониманием механизмов физиологического обновления тканей и патогенеза заболеваний человека на клеточном уровне, используют возможности анализа одиночных клеток и разнообразных омиксных технологий (упрощённо говоря, таких, которые изучают сложные комплексы разнообразных биомолекул в клетках, например, строение нашего генома, закодированной в нём информации и её преобразование в структуру белков), применяют подходы тканевой инженерии и направленного редактирования генома. Так, в мире уже разработаны клеточные препараты для редких наследственных заболеваний вроде бета-талассемии, позволяющие выделять у пациентов клетки, находить в них определённый генетический дефект, исправлять его и возвращать обратно нормально функционирующие клетки. Все эти замечательные и перспективные направления базируются на использовании различных видов биоматериалов, полученных от живых организмов, в том числе человека, поэтому важно правильно получать, описывать и хранить образцы таких биоматериалов. Всё это называется красивым словом «биобанкирование» – о нём и поговорим подробнее.
Коллекции образцов материалов живых существ для научных исследований и практического применения создаются уже давно, но биобанк –это не набор каким-то образом накопленных и длительно хранящихся образцов. Биобанк – сложно организованная система, которая включает по определённым правилам собранные и охарактеризованные образцы, базы данных, содержащие информацию о них с нужными способами защиты персональных сведений, специфическую инфраструктуру для хранения коллекций и управления ими. Для взаимодействия с этой системой, конечно, нужна команда специалистов из разных областей наук.
В подавляющем большинстве случаев инициатором создания коллекции является исследователь. Он ставит научные задачи, конкретные или более широкие, для которых необходимо собрать определённый вид биоматериалов. Создание коллекции должно быть одобрено локальным этическим комитетом. Конечно, для взаимодействия с донорами обязательно включение в команду проекта врача, который будет подбирать подходящих пациентов, собирать биоматериал и обсуждать с пациентом риски и потенциальные преимущества включения в проект. Каждый донор должен перед сдачей биоматериала подписывать добровольное информированное согласие на включение своих образцов в состав коллекции. В настоящее время в биобанкировании предпочтение отдаётся именно таким project-basedколлекциям, под которые подбирают определённых доноров.
Обязательная часть любых коллекций, в том числе клеточных, –паспорта образцов, содержащие различные параметры для их характеристики и стандартизации. Это очень важный документ, позволяющий выбирать образцы для научных и клинических проектов, а также обмениваться образцами между биобанками. Качественные и хорошо охарактеризованные коллекции клеток помогают исследовать механизмы репарации и регенерации различных типов тканей при повреждении, в том числе с участием стволовых и прогениторных клеток. А это в свою очередь нужно, чтобы находить эффективные лекарственные препараты передовой терапии и новые методы лечения и диагностики. В некоторых случаях хорошая клеточная коллекция может помочь перенести на уровень invitroзначительную часть доклинических исследований.
В настоящее время в исследовательских и коммерческих биобанках представлено множество клеточных коллекцийдифференцированных (специализированных, например, клеток крови, органов и других) и стволовых клеток человека, выделенных из разных тканей (считается, что в организме человека более 200 клеточных типов). Такие коллекции могут включать клетки пациентов с наследственными заболеваниями или предрасположенностью к определённым патологическим состояниям. Отдельную ценность представляют коллекции биоматериалов от пациентов из малочисленных популяций, с редкими генотипами и фенотипами (имеющих орфанные и редкие наследственные заболевания, представляющих необычные клинические случаи). Очень важно создавать и пополнять так называемые референсные коллекции биоматериалов разного вида, полученные от относительно здоровых доноров, их можно использовать как контрольные в исследованиях.
Пример крупного научного проекта в области биобанкирования в России –«Ноев ковчег». Он был инициирован Московским университетом несколько лет назад, чтобы исследовать, сохранить и восстановить биологическое разнообразие нашей планеты. Сейчас в университете собрано несколько сотен коллекций, самых разных и по размеру (от нескольких десятков образцов в исследовательских коллекциях отдельных лабораторий до более чем 10 миллионов образцов в зоологическом музее), и по типам хранимого материала (от засушенных растений в гербарии биологического факультета до криоконсервированных клеток и тканей пациентов, страдающих различными заболеваниями). С момента запуска проекта участники совершили более 150 экспедиций и описали более 200 видов новых живых организмов. Важная задача – объединить созданные коллекции в едином информационном пространстве. Такая система была создана, и сейчас в ней более миллиона образцов. Её материалы включены в международную базу данных о биоразнообразии GBIF, и в результате МГУ стал крупнейшим поставщиком данных о биоразнообразии России. Сегодня в моде использование больших данных и проведение междисциплинарных исследований: у учёных имеется возможность получать сведения сразу о большом количестве образцов различного типа, которые они при необходимости могут через эту же информационную систему запросить у кураторов коллекций, обсудив условия их использования для совместных исследований.
Чтобы работать с биоматериалами человека, исследователям приходится решать разные задачи. Как правильно мотивировать доноров биоматериала? Как грамотно сформировать критерии отбора материалов, получить нужную информацию о них и организовать в удобную и правильно защищённую базу данных (а это огромная ценность, без которой коллекция практически теряет свою значимость)? Какие необходимы для этого документы? Если нужно работать с биологическими, особенно живыми образцами (клетками, клеточными органоидами, образцами тканей), как их правильно собрать, транспортировать в лабораторию биобанка и консервировать так, чтобы минимально повлиять на их свойства?
В регенеративной медицине часто используются линейные клетки (длительно живущие и делящиеся в культуре, которые можно много раз рассаживать) и первичные клетки (выделенные из разных тканей и имеющие ограниченные сроки деления и жизни в культуре). Их можно долго хранить при ультранизких температурах (например, в парах жидкого азота), однако до сих пор сложно подобрать оптимальную технологию криоконсервации, контролировать свойства материала в процессе его заморозки и хранения. Стандартный протокол подразумевает, чток клеточным культурам добавляют 10% диметилсульфоксида в качестве криопротектора непосредственно перед заморозкой, однако это может существенно изменить функциональные свойства клеток, структуру цитоскелета и состав мембраны, повлиять на распределение клеток в ткани после введения в организм. Поэтому учёные продолжают искать подходящие для разных типов клеток криопротекторы, а также условия криоконсервации и хранения.
На все эти вопросы нет простых и коротких ответов, сейчас мы с коллегами из Национальной ассоциации биобанков и специалистов по биобанкированию (НАСБио) готовим монографию, где как раз предложим оптимальные, на наш взгляд, решения, по крайней мере, на текущий момент. Ведь биобанки – залог успешного развития биомедицинской науки (включая регенеративную медицину) и внедрения перспективных разработок в практику.
Иллюстрация: Елена Рюмина
