Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек

В сумме частей есть только части.

Мир следует измерять глазом1.

Уоллес Стивенс[1], “Части света”

[Жизнь] – это бесконечное ритмичное движение пульса, походки и даже клеток2.

Siddhartha Mukherjee

The Song of the Cell

An Exploration of Medicine and the New Human

Перевод с английского

Татьяны Мосоловой

В книге изменены некоторые имена и частные подробности.

© 2022, Siddhartha Mukherjee

All rights reserved

© Deborah Feingold, фотография автора

© T. Мосолова, перевод на русский язык, 2025

© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2025

© ООО “Издательство ACT”, 2025

Издательство CORPUS ®

Прелюдия

‘‘Элементарные частицы организмов”

– Элементарно, – добавил он. – Это тот самый случай, когда можно легко поразить воображение собеседника, упускающего из виду какое-нибудь небольшое обстоятельство, на котором, однако, зиждется весь ход рассуждении.

Разговор шел за ужином в октябре 1837 года2. Сгустились сумерки, и газовые фонари осветили центральные улицы Берлина. От этого вечера остались лишь обрывки воспоминаний. Никто не вел записей, не было никакой научной переписки. Осталась только история двух друзей, двух коллег, обсуждавших за едой эксперименты и одну важную идею. Одним из двух сидевших за столом людей был ботаник Маттиас Шлейден. Его лоб был отмечен грубым шрамом, оставшимся в память о попытке самоубийства. Вторым был зоолог Теодор Шванн со спускавшимися по щекам бакенбардами. Оба работали в Берлинском университете под руководством знаменитого физиолога Иоганнеса Мюллера.

Шлейден, прежде юрист, а ныне ботаник, изучал структуру и развитие тканей растений. Он называл себя “собирателем сена” (Heusammelei)3, и в его коллекции были сотни образцов растений: тюльпаны, вереск, ель, разные травы, орхидеи, шалфей, линантус, горошек и десятки видов лилий. Ботаники с уважением относились к его коллекции4.

В тот вечер Шванн и Шлейден обсуждали фитогенез – происхождение и развитие растений. Шлейден сообщил Шванну следующее: рассматривая образцы растений, он обнаружил некие “единицы” их строения и организации. В процессе развития растительных тканей – листьев, корней, семядолей – в клетках проступает внутренняя структура, называемая ядром (Шлейден не понимал функции ядра, но отчетливо видел его в клетке).

Но еще удивительнее было глубокое единообразие в организации тканей. Все части растений были построены, как будто собраны, из отдельных независимых единиц – клеток. “Каждая клетка ведет двойную жизнь, – писал Шлейден годом позже, – совершенно независимую, посвященную только собственному развитию, и вторичную, поскольку является частью растения”5.

Живое внутри живого. Независимое живое существо – единица, являющаяся частью целого. Живой строительный кирпичик внутри более крупного живого существа.

Шванн насторожился. Он тоже видел ядро, но только в клетке развивающегося животного – головастика. И тоже обратил внимание на универсальность микроскопического строения тканей животных. Возможно, “единицы”, обнаруженные Шлейденом в растительных клетках, имели более глубокую универсальность, распространявшуюся на все формы жизни.

В его голове начала складываться еще не завершенная, но очень важная мысль, которой предстояло изменить ход развития биологии и медицины. Возможно, тем же вечером или вскоре после него Шванн пригласил (или затащил) Шлейдена в свою лабораторию в анатомическом театре, где хранил образцы. Шлейден поглядел в микроскоп и согласился, что развивающиеся микроскопические структуры животных, включая заметно выделяющееся ядро, выглядели почти так же, как в растениях[2].

Растения и животные – настолько, казалось бы, разные, насколько разными могут быть живые организмы! Однако, как заметили Шванн и Шлейден, под микроскопом их ткани определенно выглядели похожими. Идея Шванна казалась верной. Как он вспоминал позднее, тем вечером в Берлине двое друзей раскрыли универсальную и важнейшую научную истину: растения и животные характеризовались “одинаковыми способами организации клеток”6.

В 1838 году Шлейден объединил свои наблюдения в обширную статью, озаглавленную “Данные о фитогенезе”7. Годом позже Шванн последовал за ним со своим трудом о клетках животных: “Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений”8. Шванн утверждал, что животные и растения построены одинаковым образом: и те и другие представляют собой “агрегаты полностью индивидуальных и независимых клеток”.

В этих двух важнейших работах, опубликованных с разницей примерно в двенадцать месяцев, живой мир был сведен к единому общему знаменателю. Шлейден и Шванн не первыми обнаружили клетки или идентифицировали их в качестве основополагающих единиц живых организмов. Но они предположили, что все живые существа характеризуются единством организации и функции. Как писал Шванн, существует “соединительная связь” между разными ветвями жизни9.

В конце 1838 года Шлейден покинул Берлин, получив должность в Университете Иены10. А в 1839 году уехал и Шванн, занявший пост в Католическом университете Лёвена в Бельгии11. Но и после ухода из лаборатории Мюллера они сохранили дружеские отношения и вели оживленную переписку. Их важнейший вклад в основание клеточной теории, несомненно, связан с их работой в Берлине, где они стали близкими друзьями, коллегами и соратниками. Там, по словам Шванна, они открыли “элементарные частицы организмов”.

Эта книга рассказывает историю клетки. Это хроника появления и развития мысли о том, что все организмы, включая человека, состоят из “элементарных частиц”. Это история о том, как кооперативное и организованное соединение этих автономных живых единиц с образованием тканей, органов и систем органов на самом глубоком уровне определяет все формы физиологических процессов: иммунитет, репродукцию, чувствительность, познавательную способность, репарацию и омоложение. А также это история о том, что происходит, когда клетки теряют свою функцию и физиология превращается в патологию: аномальное функционирование клеток приводит к аномальному функционированию тела. Наконец, это история о том, как глубокое понимание клеточной физиологии и патологии привело к революции в биологии и медицине и к их трансформации и как новая медицина, в свою очередь, трансформировала человека.

В период между 2017 и 2021 годами я написал три статьи для журнала New Yorker12. Первая статья была о клеточной медицине и ее будущем, в частности, о создании Т-клеток, способных атаковать раковые опухоли. Вторая касалась нового представления о раке в свете идеи об экологии клеток – не о раковых клетках в изоляции, а о раке in situ[3] и о том, почему одни части тела подвержены возникновению злокачественных новообразований больше других. Третья статья, написанная в начале пандемии COVID-19, была посвящена поведению вирусов в наших клетках и тканях и тому, как это поведение помогает нам понять физиологические расстройства, вызываемые некоторыми вирусами человека.

Я размышлял над тематической связью между этими тремя проблемами. По-видимому, в центре всех этих вопросов находится концепция клеток и клеточной инженерии. В клеточной инженерии произошла революция, позволяющая говорить о переписывании истории и нашего будущего: о клетках, о нашей способности манипулировать ими и об изменениях в медицине, происходящих по мере продолжения этой революции.

Из семян этих трех фрагментов выросли стебли, корни и усики данной книги. Изложенная в ней история начинается в 1660-е и 1670-е годы, когда нелюдимый голландский торговец тканями и неортодоксальный английский эрудит, жившие на расстоянии более двух сотен километров друг от друга, посмотрели в самодельные микроскопы и обнаружили первые доказательства существования клеток. Постепенно эта история приходит к сегодняшнему дню, когда мы научились манипулировать человеческими стволовыми клетками и вводить их пациентам с хроническими и потенциально смертельными заболеваниями, такими как диабет и серповидноклеточная анемия, или вживлять электроды в мозговые нейронные сети людей с не поддающимися медикаментозному лечению неврологическими заболеваниями. И в итоге эта история подводит нас к порогу неясного будущего, в котором “инакомыслящие” ученые (один из которых оказался за решеткой на три года и был навсегда лишен права проводить экспериментальные исследования) создают генетически модифицированные эмбрионы и пересаживают клетки, стирая границы между естественными и искусственными процессами.

Я черпал информацию из разных источников: из интервью, встреч с больными, прогулок с учеными (и их собаками), посещений лабораторий, из работы с микроскопом, бесед с медсестрами, пациентами и врачами, из архивов, научных статей и личной переписки. Моя цель заключалась не в том, чтобы изложить полную историю медицины или историю зарождения клеточной биологии. Об этом написаны такие книги, как “Величайшее благо человеческого рода. Медицинская история человечества” Роя Портера13, “Рождение клетки” Генри Харриса14 и “Лаборатория Мюллера” Лауры Оутис. Скорее данная книга рассказывает историю о том, как сама идея клетки и наше понимание клеточной физиологии изменили медицину, биологию, науку в целом, социальные структуры и культуру. Она заканчивается видением будущего, в котором мы научимся манипулировать этими структурами, придавать им новые формы или даже создавать синтетические клетки и ткани человека.

В моем рассказе об истории клетки есть неизбежные пробелы и темные пятна. Клеточная биология неразрывно связана с генетикой, патологией, эпидемиологией, эпистемологией, таксономией и антропологией. Исследователи, работающие в той или иной области медицины или клеточной биологии, занимающиеся каким-то конкретным видом клеток, могут видеть изложенную здесь историю под совсем иным углом, а ботаникам, бактериологам и микологам совершенно очевидно будет не хватать упора на растения, бактерии и грибы. Осветить все эти темы связным образом – значит войти в бесконечно ветвящийся лабиринт. Я изложил некоторые части истории в виде сносок и примечаний и призываю заинтересованных читателей вдумчиво их изучить[4].

В нашем путешествии мы встретимся со многими пациентами, в том числе и с моими. Некоторые из них упомянуты по имени, другие предпочли остаться неизвестными, так что в тексте не приводятся никакие детали, позволяющие их опознать. Я испытываю безграничную благодарность по отношению к этим мужчинам и женщинам, которые ступили на неизведанную территорию, передав свое тело и разум во власть развивающегося и неопределенного царства науки. И такую же безграничную радость я испытываю по той причине, что являюсь свидетелем того, как клеточная биология оживает в новой медицине.

Вступление

“Мы всегда будем возвращаться к клетке”

Как бы мы ни крутились и ни вертелись, мы в конечном итоге будем опять возвращаться к клетке1.

В ноябре 2017 года я наблюдал, как мой друг Сэм П. умирал, поскольку его клетки восстали против его собственного тела2.

Весной 2016 года у Сэма была диагностирована злокачественная меланома. Рак возник на щеке в виде округлого родимого пятна темно-лилового цвета с ободком. Его мать Клара, художница, первой обратила внимание на пятно во время отдыха на Блок-Айленде в конце лета. Она просила, а потом умоляла и даже пыталась угрозами заставить Сэма сходить к дерматологу, но тот был занятым спортивным комментатором в большой газете, и у него не было времени обращать внимание на какое-то пятнышко на щеке. К тому времени, когда я увидел его и осмотрел в марте 2017 года (я не был его онкологом, но один знакомый попросил меня взглянуть), опухоль превратилась в продолговатое образование размером с большой палец с признаками метастаза в коже. Когда я дотронулся до опухоли, Сэма передернуло от боли.

Одно дело обнаружить рак, другое – следить за его передвижением. Меланома поползла по лицу Сэма в сторону уха. Если приглядеться, был виден ее след, как след от парома на воде – в виде кильватера из лиловых точек.

Даже Сэм, который всю жизнь писал о скорости, движении и активности, был потрясен быстротой перемещения меланомы. Как, настойчиво спрашивал он меня, как, как, как могли клетки, которые спокойно сидели на месте на протяжении десятилетий, вдруг обрести способность путешествовать по его лицу и при этом усиленно делиться?

Раковые клетки ничего не “изобрели”. Они не создают ничего нового, они воруют; точнее, в рамках естественного отбора выживают клетки с наибольшей склонностью к делению и метастазированию. Для создания строительных блоков для роста эти клетки используют те же самые гены и белки, которые использует растущий эмбрион в период невероятно быстрого развития в первые дни своей жизни. Способы передвижения раковых клеток по телу заимствованы ими у клеток, которым полагается перемещаться по телу. Гены, позволяющие мятежным клеткам делиться, – это искаженные, мутантные версии генов, необходимых для деления нормальных клеток. Короче говоря, рак – это клеточная биология в патологическом зеркале. И я как онколог в первую очередь являюсь клеточным биологом, за тем только исключением, что смотрю на нормальный клеточный мир, отраженный словно в кривом зеркале.

Ранней весной 2017 года Сэму было назначено лечение, которое должно было превратить его собственные Т-клетки в войско для борьбы с разраставшейся в его теле армией мятежных клеток. Представьте себе ситуацию: на протяжении многих лет, возможно десятилетий, клетки меланомы Сэма и его Т-клетки сосуществовали в теле, по большому счету игнорируя друг друга. Злокачественные клетки оставались невидимыми для его иммунной системы. Миллионы Т-клеток прошмыгивали мимо клеток меланомы каждый день, оставаясь бездеятельными свидетелями, отвернувшимися от происходящей клеточной катастрофы.

Была надежда, что лекарство, которое назначили Сэму, положит конец “невидимости” опухолевых клеток и заставит Т-клетки распознать клетки меланомы в качестве “чужеродных” захватчиков и отторгнуть их, как они отторгают клетки, пораженные микробами. Пассивные наблюдатели должны были стать активными игроками. Мы создали в его теле клетки, которые должны были сделать видимым то, что до сих пор оставалось незримым.

Появление такой “разоблачительной” терапии стало кульминацией в серии потрясающих достижений клеточной биологии 1950-х годов: понимание Т-клеточного механизма распознавания “свой-чужой”; идентификация белков иммунных клеток, необходимых для обнаружения чужеродных захватчиков; обнаружение механизмов, с помощью которых нормальные клетки уклоняются от атак со стороны этой системы распознавания, а раковые клетки делаются невидимыми; а также изобретение молекул, сбивающих со злокачественных клеток шапку-невидимку. Каждое новое открытие делалось на основе предыдущего, и все эти данные были добыты клеточными биологами большими усилиями и долгим упорным трудом.

Практически сразу после начала лечения в теле Сэма разгорелась гражданская война. Его Т-клетки, разбуженные присутствием опухоли, выступили против злокачественных клеток, и агрессия с одной стороны порождала агрессию с другой. Однажды утром лиловый нарост на его щеке стал горячим, поскольку иммунные клетки внедрились в опухоль и развязали воспалительный цикл. И тогда злокачественные клетки покинули свой лагерь, оставив после себя лишь затухающие лагерные костры. Когда через несколько недель я вновь увидел Сэма, продолговатый нарост на его щеке и “кильватер” за ним исчезли. Остались лишь умирающие остатки опухоли, съежившейся до размера крупной виноградины. Это была ремиссия.

Мы выпили кофе, чтобы это отпраздновать. Ремиссия изменила Сэма не только в физическом плане, она изменила его психологию. Впервые за много недель я увидел, как складки озабоченности на его лице разгладились. Он смеялся.

Но потом ситуация изменилась: апрель 2017 года был жестоким месяцем. Т-клетки Сэма, атаковавшие опухоль, ополчились против его собственной печени, вызвав аутоиммунный гепатит – воспаление печени, которое плохо контролируется иммуносупрессорными препаратами. В октябре мы обнаружили, что рак, еще пару недель назад находившийся в стадии ремиссии, развивался в коже, мышцах и легких Сэма, прятался в других органах и находил новые ниши, позволявшие ему пережить атаки иммунных клеток.

Через все эти победы и поражения Сэм прошел с железной стойкостью. Временами его неослабевающий юмор казался его собственным способом контратаки: он готов был громить рак до самого конца. Когда я однажды застал его в кабинете в отделе новостей и спросил, не хочет ли он пройти со мной в какое-то укромное место, например в мужскую уборную, чтобы показать мне новые опухоли, он весело ответил: “К тому моменту, пока мы дойдем до уборной, эта зараза уже снова переедет. Лучше посмотреть сразу, пока она еще здесь”.

Врачи притупили иммунную реакцию, чтобы остановить аутоиммунный гепатит, но тогда начала расти опухоль. Врачи возобновили иммунотерапию, чтобы атаковать рак, и вернулся острый гепатит. Это напоминало бои животных: пока вы держите иммунные клетки на привязи, животные набрасываются и убивают. Вы спускаете клетки с привязи, и они принимаются без разбора нападать и на рак, и на печень. Сэм умер зимним утром, через несколько месяцев после того, как я впервые увидел его опухоль. В конце концов меланома победила.

В один ненастный день 2019 года я был на конференции в Пенсильванском университете в Филадельфии. Примерно тысяча ученых, врачей и биотехнологов собрались в аудитории в здании из камня и кирпича на Спрус-стрит. Они приехали сюда, чтобы обсудить успехи новейшего направления медицины – создание генетически модифицированных клеток и их введение в организм человека с терапевтическими целями. Были доклады о модификации Т-клеток, об использовании вирусов для введения генов в клетки и о новых важных шагах в области клеточной трансплантации. В выступлениях и в кулуарах звучали такие термины, как будто биология, робототехника, научная фантастика и алхимия слились в экстазе и произвели на свет недоношенное дитя. “Перезапуск иммунной системы”. “Терапевтическая клеточная инженерия”. “Долгосрочная устойчивость пересаженных тканей”. Эта конференция была посвящена будущему.

Но было представлено и настоящее. В нескольких рядах впереди меня сидела четырнадцатилетняя (всего на год больше, чем моей старшей дочери) Эмили Уайтхед. Взъерошенные каштановые волосы, черно-желтая рубашка и темные штаны. Шел седьмой год ее ремиссии после лейкоза. “Она только рада прогулять школу”, – сказал мне ее отец Том. Девочка улыбнулась.

Эмили была “Пациентом № 7”, она проходила лечение в Детском госпитале Филадельфии3. Почти все присутствовавшие на конференции были знакомы с ней или знали ее историю. В мае 2010 года у Эмили был диагностирован острый лимфобластный лейкоз (ОЛЛ). Это одна из наиболее быстро прогрессирующих форм рака, которая чаще всего поражает маленьких детей.

Лечение больных с ОЛЛ подразумевает максимально интенсивный курс химиотерапии: пациентам назначают одновременно семь или восемь препаратов, и некоторые из них вводят непосредственно в спинномозговую жидкость, чтобы убить все раковые клетки, прячущиеся в головном и спинном мозге. Хотя побочные эффекты такого лечения (в том числе постоянное онемение пальцев рук и ног, мозговые повреждения, остановка роста и опасные для жизни инфекции – и это еще не полный список) могут быть весьма неприятны, около 90 % детей излечиваются. К сожалению, Эмили оказалась в числе несчастливых ю%, и ее рак оказался нечувствительным к стандартному лечению. Через шестнадцать месяцев после начала курса химиотерапии случился рецидив. Девочку поставили в очередь на пересадку костного мозга – последний возможный вариант лечения, – но за время ожидания подходящего донора ее состояние ухудшилось.

“Врачи советовали мне не узнавать в интернете ее шансы на выживание, – рассказывала мне мама Эмили Кейри. – Так что я немедленно это и сделала”.

Из интернета Кейри узнала жуткое: среди детей с ранним или повторным рецидивом не выживал почти никто. Когда в марте 2012 года Эмили поступила в больницу, почти все ее органы были поражены злокачественными клетками. Ее обследовал детский онколог Стивен Грапп – мягкий крупный мужчина с выразительными постоянно движущимися усами. И девочку включили в клинические испытания.

Клинические испытания заключались в том, что Эмили вводили ее собственные Т-клетки. Но эти Т-клетки были перевооружены методом генной инженерии таким образом, что могли распознавать и уничтожать раковые клетки. В отличие от Сэма, которому вводили лекарства для активации иммунитета внутри тела, Т-клетки Эмили извлекали и выращивали вне тела. Эта форма лечения была предложена иммунологом Мишелем Саделейном из Института Слоуна – Кеттеринга в Нью-Йорке и Карлом Джуном из Пенсильванского университета и основывалась на трудах израильского исследователя Зелига Эшхара.

В нескольких десятках метров от того места, где мы заседали, располагалось отделение клеточной терапии – надежно изолированное подвальное помещение со стальными дверями, стерильными комнатами и инкубаторами. Здесь группы инженеров обрабатывали клетки, взятые у десятков пациентов, включенных в клинические испытания, а затем хранили их в морозильных камерах, похожих на большие баки. Каждая камера носила имя персонажа из мультсериала “Симпсоны”; клетки Эмили хранились в морозилке “Клоун Красти”. Еще одну порцию ее Т-клеток, модифицированных так, чтобы экспрессировать ген, распознающий и убивающий ее лейкозные клетки, выращивали в лаборатории, экспоненциально увеличивая их количество, чтобы затем вновь привить их Эмили.

Продолжавшаяся на протяжении трех дней пересадка клеток прошла спокойно. Эмили посасывала мороженое на палочке, пока доктор Грапп вводил клетки ей в вену. На ночь Эмили с родителями осталась у ее тети, которая жила неподалеку. Первые два вечера девочка играла и каталась на закорках у папы. Но на третий день ее накрыло: началась рвота, подскочила температура. Родители поспешили отвести ее обратно в госпиталь. Ситуация быстро ухудшалась. У нее отказали почки. Из-за отказа ряда органов Эмили то теряла сознание, то вновь приходила в себя.

“Мы ничего не понимали”, – рассказывал Том. Его шестилетнюю дочь перевели в отделение интенсивной терапии, где родители и Грапп вели круглосуточное дежурство у ее койки.

Ученый и врач Карл Джун, который тоже лечил Эмили, честно сказал мне: “Мы думали, она умрет. Я написал письмо проректору университета и сообщил, что один из первых пациентов из этих испытаний умирает. Испытания закрывались. Я сохранил черновик письма, но так и не нажал кнопку «Отправить»”.

Сотрудники лаборатории работали всю ночь, пытаясь установить причину высокой температуры. Они не нашли признаков инфекции, но вместо этого обнаружили в крови повышенное содержание молекул, называемых цитокинами, – сигнальных веществ, выделяющихся при активном воспалении. В частности, уровень интерлейкина-6 был примерно в тысячу раз выше нормы. Убивая опухолевые клетки, Т-клетки Эмили породили шквал этих химических сигнальных молекул, подобно тому как восставшая толпа в неистовстве изрыгает подстрекательские памфлеты.

По странному стечению обстоятельств дочь Джуна страдала от воспалительного заболевания, называемого ювенильным артритом. И потому он знал, что четыре месяца назад Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) одобрило новый препарат, который блокирует выработку интерлейкина-6. В отчаянии Грапп запросил у больничной аптеки разрешение использовать новое лекарство не по инструкции. В тот же вечер комиссия дала разрешение на использование этого препарата, и Грапп в отделении интенсивной терапии ввел Эмили дозу лекарства.

Через два дня, в свой седьмой день рождения, Эмили очнулась. “Потрясающе, – сказал доктор Джун, взмахнув рукой. – Потрясающе. Рак просто растворился. Через двадцать три дня мы сделали биопсию костного мозга. Девочка была в полной ремиссии”.

“Я никогда не видел, чтобы настолько тяжело больной пациент поправился так быстро”, – сказал мне Грапп.