Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) являются классическими стволовыми клетками, поскольку они способны к бесконечному самообновлению и имеют мультипотентный дифференцировочный потенциал. Их источником обычно являются первичные половые клетки, внутренняя клеточная масса бластоцисты или отдельные бластомеры зародышей 8-клеточной стадии, а также клетки морулы более поздних стадий.
Эмбриональным стволовым клеткам свойственна самая большая из всех категорий стволовых клеток теломеразная активность, которая обеспечивает им способность к беспрецедентному самообновлению (больше 230 клеточных удвоений в пробирке; тогда как дифференцированные клетки делятся примерно 50 раз в течение жизни).
В лабораторных условиях эти клетки способны дифференцироваться в различные типы как эмбриональных клеток, так и клеток взрослого организма. Они обладают нормальным кариотипом и в контролируемых условиях могут быть клонированы и многократно воспроизведены без изменения их свойств.
Исследования показали, что трансплантация ЭСК эффективна для лечения патологий, в основе которых лежит нарушение функций или гибель специализированных типов клеток. Так, болезнь Паркинсона, вызываемая прогрессивной дегенерацией и утратой дофамин-продуцирующих нейронов определенной зоны головного мозга, может успешно лечиться при помощи интрацеребральной инъекции эмбриональных нейронов. Также при сахарном диабете I типа (вызываемом нарушением работы островковых клеток поджелудочной железы) имплантация в печень островковых клеток поджелудочной железы приводит к нормализации уровня глюкозы. С помощью трансплантации ЭСК поддаются лечению и другие трудноизлечимые заболевания - например, мышечная дистрофия Дюшенна, дегенерация клеток Пуркинье. Трансплантация ЭСК эффективна и в случае травм - в частности, травм спинного мозга.
На первый взгляд, ЭСК наиболее подходят для использования в репаративной медицине. Однако хорошо известно, что при трансплантации в организм ЭСК способны порождать новообразования - тератомы. Поэтому перед применением ЭСК в клеточной терапии необходимо провести их дифференцировку в нужном направлении и убрать из популяции ЭСК клетки, потенциально способные привести к образованию тератом. Еще одна проблема, которую приходится преодолевать при использовании ЭСК - необходимость так или иначе обеспечить их гистосовместимость с организмом реципиента. Наконец, трудно оставить без внимания этическую сторону использования клеток эмбрионов человека для получения ЭСК.
Стволовые клетки взрослого организма
Стволовые клетки присутствуют во многих органах и тканях взрослых млекопитающих: в костном мозге, крови, скелетных мышцах, зубной пульпе, печени, коже, желудочно-кишечном тракте, поджелудочной железе. Большинство этих клеток слабо охарактеризованы. По сравнению с ЭСК, стволовые клетки взрослого организма имеют меньшую способность к самоподдержанию, и хотя они дифференцируются во множество клеточных линий, но не обладают мультипотентностью. Теломеразная активность и, соответственно, пролиферативный потенциал у стволовых клеток взрослого организма высоки, но все же ниже, чем у ЭСК.
Предполагается, что наименее дифференцированные стволовые клетки находятся в организме в состоянии покоя. В случае необходимости запускается необратимый процесс их поэтапного созревания в определенном направлении дифференцировки.
Стволовые кроветворные клетки
Из стволовых клеток взрослого организма наиболее хорошо охарактеризованы стволовые кроветворные клетки (СКК). Это клетки мезодермального происхождения. Они дают начало всем видам кроветворных и лимфоидных клеток. В норме кроветворение в организме, по-видимому, поддерживается в основном за счет постоянно сменяемого небольшого числа относительно короткоживущих клеточных клонов. In vitro стволовые кроветворные клетки при определенных условиях способны к самоподдержанию и могут быть простимулированы к дифференцировке в направлении тех же клеточных линий, что и in vivo.
Уже несколько десятков лет ткани костного мозга успешно применяют для лечения различных заболеваний крови (например, лейкозов), а также радиационных поражений организма, восстанавливая с их помощью нарушенные функции кроветворных и лимфоидных органов. Для этого обычно проводится трансплантация костного мозга; в последнее время используется и пуповинная кровь. Популяция СКК служит потенциальным источником для предшественников эндотелиальных клеток, что делает возможным применение СКК для лечения ишемической болезни и инфаркта миокарда.
Стволовые клетки нервной ткани
Еще одна категория клеток, которая в настоящее время интенсивно изучается, - это стволовые клетки нервной ткани (СКНТ). Эти клетки первоначально были найдены в субвентрикулярной зоне эмбрионального головного мозга. До недавнего времени считалось, что головной мозг взрослого организма не содержит стволовых клеток. Однако эксперименты на грызунах и приматах, а также клинические испытания с привлечением волонтеров показали, что СКНТ продолжают присутствовать и во взрослом головном мозге. In vitro стволовые клетки нервной ткани могут быть «нацелены» как на пролиферацию, так и на дифференцировку в различные типы нейронов и клетки глии (опорные и защитные клетки нервной ткани). Как эмбриональные СКНТ, так и СКНТ взрослого организма, трансплантированные в головной мозг, могут генерировать нейрональные и глиальные клетки. Хотя неизвестно, какова продолжительность самообновления стволовых клеток нервной ткани, в лабораторных условиях их можно культивировать в течение длительного периода.
Стромальные клетки-предшественники и мезенхимальные стволовые клетки
Стромальные клетки-предшественники и мезенхимальные стволовые клетки (МСК) были открыты около 30 лет назад. Это своего рода универсальные клетки, которые содержатся в костном мозге, в своеобразном депо, где они хранятся «про запас». Они способны к интенсивной пролиферации, могут дифференцироваться во многие клеточные типы и трансплантабельны in vivo. При необходимости они поступают в поврежденный орган или ткань и превращаются в нужные специализированные клетки.
In vitro численность мезенхимальных стволовых клеток может увеличиваться в 100000 раз в течение 6–8 недель, при этом они остаются в недифференцированном состоянии. Каждая колония стромальных клеток является клоном, то есть образуется путем пролиферации одной клетки, которая была названа колонеобразующей клеткой фибробластов (КОК-Ф). У животных и человека в физиологических условиях величина эффективности клонирования КОК-Ф колоний остается относительно стабильной и является важным параметром скелетного статуса, что указывает на роль КОК-Ф в патофизиологии дефектов кости и костного мозга.
Получено много данных о том, что в противоположность кроветворным стволовым клеткам костномозговые КОК-Ф представляют собой местную популяцию, то есть не мигрируют из одной части организма в другую и, соответственно, не приживаются при инфузии. Жаль, если эта проблема не найдет своего решения - ведь для лечения таких распространенных костных заболеваний, как остеопороз или незавершенный остеогенез, когда нельзя трансплантировать генетически измененные стромальные клетки во все области поражений, возможность их доставки через циркулирующую систему выглядит очень желательной. В целом же, вопрос о возможности миграции стромальных клеток, а также о факторах, благоприятствующих ей, остается открытым.
Стромальные клетки-предшественники выполняют также очень важную роль, обеспечивая специфическое микроокружение, необходимое для пролиферации и дифференцировки гемопоэтических и иммунокомпетентных клеток на территории кроветворных и лимфоидных органов. Таким образом, «корректировка» нарушений микроокружения в принципе может проводиться именно через эту категорию клеток.
Значительный интерес для клинического применения представляют мезенхимальные стволовые клетки, которые входят в состав популяции стромальных клеток-предшественников (или колонеобразующих клеток стромальных фибробластов - КОК-Ф) костного мозга. Их использование началось с успешного лечения несросшихся костных переломов размноженными в культурах аутологическими стромальными клетками костного мозга. До сих пор репарация костной и хрящевой ткани остается одной из наиболее важных областей применения МСК. С помощью трансплантации этих клеток удалось добиться успехов в лечении тяжелого контингента больных с ложными суставами, несросшимися переломами и хроническим остеомиелитом, остеоартритом. Принципы применяемых при этом биотехнологичеких методов являются универсальными и могут использоваться также для лечения больных с дефектами костной ткани различной локализации (травматология, ортопедия, нейрохирургия, черепно-лицевая хирургия, стоматология-имплантология).
Как возможные носители рекомбинантной ДНК, мезенхимальные стволовые клетки также представляют собой весьма привлекательный объект для генной инженерии, для лечения ряда дегенеративных и наследственных заболеваний.
Клетки костного мозга и МСК могут быть использованы и в терапии ишемической болезни сердца, поражений конечностей и головного мозга, а также для лечения инфарктов миокарда. Это еще одна область применения МСК, которая находится на стадии предклинических испытаний. В лабораторных исследованиях, проведенных на животных, и при лечении инфарктов миокарда у людей, костномозговые СК трансплантировались в область инфаркта либо прямой инъекцией, либо посредством их внутрисосудистого введения. В результате удалось достичь реального уменьшения зоны инфаркта. Однако прежде, чем терапия СК взрослого организма будет осуществляться в полном объеме, необходимо дополнительное проведение клинических испытаний и хорошо спланированных клинических исследований, которые позволят сделать окончательное заключение о безопасности и эффективности предложенного метода.
Особый интерес представляют первые данные, показывающие возможность использования костномозговых стромальных клеток при репарационных процессах в коже. В частности, исследования показывают, что после внутрикожного введения стромальных клеток костного мозга регенерация поврежденной кожной ткани шла более упорядоченно с меньшими нежелательными последствиями, к которым относится образование рубца.
Надо отметить, что для успеха лечения ключевым моментом остается и правильный выбор метода трансплантации СК. В ряде лабораторий сейчас работают также над улучшением способов очистки популяций СК и обогащения их ранними предшественниками, чтобы создать условия для более эффективной клеточной терапии. Согласно общему мнению, требуются также дальнейшие лабораторные исследования для изучения феномена пластичности стволовых клеток, а также многих других аспектов.
Как видим, со стволовыми клетками связано много надежд и ожиданий. Возможно, уже не за горами время, когда открытые свойства стволовых клеток и те, которые находятся сегодня для нас пока за семью печатями, создадут новые перспективы для лечения ряда серьезных заболеваний.
Чем уникальны стволовые клетки
В процессе развития эмбриона человека происходит ряд ключевых событий: за оплодотворением яйцеклетки следует т. н. дробление, суть которого сводится к быстрому накоплению тотипотентного (т. е. способного к созданию целого организма, повторению эмбриогенеза из одной клетки) клеточного материала.
Примерно после 12 клеточных делений этот процесс резко замедляется, и нарушается синхронность делений. Начинается транскрипция генома зародыша, то есть реализация наследственной информации. Это изменение, известное как переход к средней бластуле, по всей вероятности, отражает истощение определенного компонента материнского происхождения, который используется для связывания с вновь синтезируемой ДНК.
Транскрипция завершается тем, что в цитоплазме этих уникальных первичных клеток накапливается информация в форме матричных РНК, которая определяет дальнейшее внутриутробное развитие. Реализация информации осуществляется в конечном итоге путем миграции, специализации клеток и формирования основных зародышевых листков - эктодермы (источник клеток кожи, ЦНС и пр.), мезодермы (источник клеток мышц, костей, крови и пр.) и энтодермы (источник клеток желез, ЖКТ и пр.), что происходит в процессе т. н. гаструляции.
Начиная с этого момента, в каждой ткани сохраняются ограниченные количества неспециализированных клеток. Такие клетки называют стволовыми клетками или клетками-предшественниками, их основная функция - управление процессом создания организма в целом, перенос и реализация наследственных программ.
Стволовые клетки - это недифференцированные, незрелые клетки эмбриона, плода, новорожденного или взрослого организма, способные к самообновлению и дифференцировке в различные типы тканей и органов. В организме взрослого человека они исполняют роль «машин регенерации», их цель - поддержание морфофункционального постоянства ткани, они имеют меньший потенциал, чем в самом начале эмбриогенеза, но способны эффективно замещать поврежденные элементы специализированной ткани в необходимом объеме. Практически для каждого типа тканей существуют свои собственные клетки-предшественники (предифференцированные клетки). Истинные плюрипотентные (способные к дифференцировке в клетки разных тканей разных зародышевых листков) клетки в нормальных условиях в организме встречаются крайне редко, их выделение из взрослого организма в настоящий момент без применения методик клонирования не представляется возможным.
В процессе старения количество изначально заложенной регенерационной информации в клетках стремительно снижается, уменьшается количество самих стволовых клеток. Истощенная репарационная система становится малоэффективной - возникает ряд заболеваний, ассоциированных со старением: увядает кожа, снижается эластичность хрящей, плотность костей, повреждается эндотелий сосудов - ухудшается кровоснабжение, постепенно все ткани организма попадают в условия сниженного снабжения кислородом, ускоряются процессы замещения функционально активных тканей на неполноценные соединительные стромальные ткани. Воздействие ряда инфекций, реализация врожденных, наследственных и мультифакториальных заболеваний, хронические интоксикации (в том числе, алкогольные), травмы также приводят к подобным последствиям - организм оказывается неспособным справиться с нарастающим потоком проблем и постепенно погибает.
Успех трансплантации органов и тканей человека открыл новую эру в медицине - продемонстрирована принципиальная возможность замены дефектных тканей и органов пациента на донорские, здоровые. К сожалению, трансплантация органов остается малодоступной, сопровождается сложными оперативными вмешательствами и требует постоянной иммуносупрессии в большом объеме.
Ученые всего мира интенсивно работают над проблемой лабораторного получения клеток-предшественников с целью их последующей имплантации для замещения погибших тканей, что, по мнению медицинского научного сообщества, может послужить альтернативой трансплантации органов. В 1998 году американским ученым Джону Герхарту и Джеймсу Томпсону впервые в лабораторных условиях удалось получить и нарастить культуры эмбриональных стволовых клеток и половых прогениторных клеток, способных полностью повторить эмбриогенез. Таким образом, у человечества появилась реальная возможность в лабораторных условиях выращивать необходимое количество «запчастей» для организма и тем самым корригировать последствия ряда хронических и острых заболеваний. Дм. Шаменков, к.м.н.
Пластичность стволовых клеток
До недавнего времени считалось, что органоспецифические стволовые клетки могут дифференцироваться только в клетки соответствующих органов. Однако, по ряду данных, это не так: существуют органоспецифические стволовые клетки взрослых животных, которые способны к дифференцировке в клетки органов, отличных от органов происхождения стволовых клеток, даже если они онтогенетически принадлежат к разным зародышевым листкам. Это свойство стволовых клеток получило название пластичности. Так, существует много данных, что МСК костного мозга обладают широкой пластичностью и способны давать начало некоторым элементам нервной ткани, кардиомиоцитам, эпителиальным клеткам, гепатоцитам.
Альтернативная гипотеза феномена пластичности заключается в том, что мультипотентные стволовые клетки и после рождения присутствуют в различных органах и стимулируются к специфической пролиферации и дифференцировке в ответ на локальные факторы, представленные тем органом, в который рекрутированы стволовые клетки. Также есть предположение, что стволовые клетки рекрутируются в поврежденные органы и уже там реализуют свои свойства пластичности, т. е. дифференцируются в нужном для их восстановления направлении.
Вместе с тем нельзя не отметить, что ряд ученых подвергает сомнению саму концепцию пластичности стволовых клеток, указывая на то, что соответствующие эксперименты были выполнены на чистых популяциях тканевоспецифических стволовых клеток.
Словарь
Диплоидная клетка (от греч. diplуos - двойной и еidos - вид) - клетка с двумя гомологичными (подобными) наборами хромосом. Диплоидны все зиготы и, как правило, клетки большинства тканей животных и растений, кроме половых клеток.
Дифференцировочный потенциал - способность к превращению в разнообразные клетки организма.
Кариотип (от греч. kаryon - орех и typos - отпечаток, форма) - типичная для вида совокупность морфологических типов хромосом (форма, размер, детали строения, число и т. д.). Важная генетическая характеристика вида, лежащая в основе. Для определения кариотипа используют микрофотографию хромосом делящихся клеток.
Мезодерма - средний зародышевый листок у большинства многоклеточных животных и человека. Из него развиваются органы крово– и лимфообразования, органы выделения, половые органы, мышцы, хрящи, кости и др.
Мультипотентность - способность к дифференцировке в пределах одного зародышевого листка.
Плюрипотентность - способность к дифференцировке разных тканей разных зародышевых листков.
Полипотентность - способность генома стволовых клеток взрослого организма изменять профиль дифференцеровки при трансплантации в новую ткань реципиента.
Строма (от греч. stroma - подстилка) - основная опорная структура органов, тканей и клеток живых организмов и растений.
Стромальные клетки - клетки соединительнотканной опорной структуры органа.
Теломеры - специализированные ДНК-белковые структуры, которые находятся на концах линейных хромосом эукариот.
Теломеразная активность - активность теломеразы, фермента, который с помощью особого механизма синтезирует теломерную ДНК, и тем самым влияет на рост клеток. Высокая активность теломеразы свойственна половым и стволовым клеткам. Как только стволовые клетки начинают дифференцироваться, теломеразная активность падает, а их теломеры начинают укорачиваться.
Тератома (от греч. tеratos - урод) - доброкачественная опухоль, вызванная нарушением эмбрионального развития. Как правило, состоит из мышечной, нервной и др. тканей.
Тотипотентность - способность к созданию целого организма, повторению эмбриогенеза из одной клетки.
Фибробласты (от лат. fibra - волокно и blastуs - росток) - основная клеточная форма соединительной ткани животных и человека. Фибробласты образуют волокна и основное вещество этой ткани. При травме кожи они участвуют в закрытии ран и образовании рубцов.
Эктодерма - наружный зародышевый листок многоклеточных животных. Из эктодермы образуются кожный эпителий, нервная система, органы чувств, передний и задний отделы кишечника и т. д.
Энтодерма - внутренний зародышевый листок многоклеточных животных. Из энтодермы образуются эпителий кишечника и связанные с ним железы: поджелудочная железа, печень, легкие и т. д.
ольга лукинская
О стволовых клетках в последние годы приходится слышать в самом разном контексте: их предлагают использовать в косметических процедурах и даже добавляют в кремы, учатся добывать из молочных зубов и пуповины, используют в лечении самых разных заболеваний. Часто в новостях сообщают о новых возможностях их использования, которые ещё долго предстоит изучать в лаборатории; в итоге одним стволовые клетки представляются чем-то из будущего, а другим кажется, что они уже стали обыденностью и используются в любом салоне красоты. Разбираемся, что вообще представляют собой стволовые клетки, для чего они часто применяются уже сейчас и какая польза возможна пока только в теории.
Откуда добывают
стволовые клетки
Стволовые клетки - это так называемые недифференцированные клетки, которые могут превращаться в разные клетки организма - а у человека их более двухсот - с различными свойственными им функциями. Например, у нервных клеток или клеток крови есть узкие, специфические задачи - и всю энергию они тратят на выполнение этих задач, не растрачиваясь на размножение. А новые эритроциты или нейроны возникают из стволовых клеток, которые есть у каждого человека в любом возрасте. Они бывают разных видов : одни способны дифференцироваться только в один тип клеток, другие - в несколько; стволовые клетки эмбриона на раннем сроке беременности могут преобразоваться в любой тип клеток организма.
Среди учёных ведутся терминологические споры о том, можно ли все эти клетки называть стволовыми и синонимичны ли термины «стволовая клетка» и «клетка-предшественник», но в целом оба термина могут использоваться равноценно. Речь идёт о базовых клетках, способных превращаться в любые другие - а значит, если научиться правильно с ними обращаться, потенциально могут позволить вырастить новую кожу на месте ожога или заменить пострадавшую в результате гепатита ткань печени. К сожалению, использовать стволовые клетки в таких целях пока не получается - но всё же есть ряд серьёзных проблем, которые они помогают решить. Получать стволовые клетки можно из эмбрионов (например, для исследовательских целей могут использоваться абортивные материалы), а у взрослых людей их основной источник - костный мозг. Стволовые клетки также активно выделяют из пульпы зубов и из пуповины новорождённых.
Для чего их используют
Стволовые клетки уже несколько десятилетий используют в лечении тяжёлых заболеваний крови и костного мозга, например лейкозов. Костный мозг - это орган кроветворения; по сути, он и состоит из стволовых клеток. Когда он не функционирует или производит «дефектные» клетки крови, один из вариантов лечения - трансплантация, то есть «замена» стволовых клеток костного мозга здоровыми. Для этого могут использоваться как донорские клетки, так и собственные, если они прошли определённую обработку.
Историческая справка
Термин «стволовая клетка» был введён в научный обиход русским гистологом Александром Максимовым ( -). Он постулировал существование стволовой кроветворной клетки. На заседании Общества Гематологов в Берлине 1 июня 1909 года он ввел понятие «Stammzelle», подразумевая под этим определением лимфоцит в более широком значении этого слова, как клетку, способную быть стволовой в современном понимании этого слова.
В шестидесятые годы XX века Тил и Маккулох , а также Меткаф и его сотрудники показали, что внутривенное введение костномозговых клеток от здоровой сингенной к летально облученной мыши приводит к образованию колоний из клеток всех направлений гемопоэтической дифференцировки в селезенке. С разработкой клонального метода для выявления клеток предшественников in-vitro, так называемых колониеобразующих единиц (КОЕ), стало возможным проследить за дифференцировкой всех миелоидных ростков.
Фриденштейн А. Я. и его сотрудники впервые показали, что в костном мозге, помимо гемопоэтических имеются стромальные стволовые клетки, которые при культивировании формировали колонии фибробластноподобных клеток. Пересадка таких колоний под капсулу почки мыши в диффузионной камере приводило к формированию костной или адипозной ткани.
Стволовые клетки размножаются путём деления , как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления.
ДНК во всех клетках одного организма (кроме половых), в том числе и стволовых, одинакова. Клетки различных органов и тканей, например, клетки кости и нервные клетки , различаются только тем, какие гены у них включены, а какие выключены, то есть регулированием экспрессии генов , например, путем метилирования ДНК . Фактически, с осознанием существования зрелых и незрелых клеток был обнаружен новый уровень управления клетками. То есть, геном у всех клеток идентичен, но режим работы, в котором он находится - различен.
В различных органах и тканях взрослого организма существуют частично созревшие стволовые клетки, готовые быстро дозреть и превратиться в клетки нужного типа. Они называются бластными клетками. Например, частично созревшие клетки мозга - это нейробласты, кости - остеобласты и так далее. Дифференцировку могут запускать как внутренние причины, так и внешние. Любая клетка реагирует на внешние раздражители, в том числе и на специальные сигналы цитокины . Например, есть сигнал (вещество), служащий признаком перенаселённости. Если клеток становится очень много, то этот сигнал сдерживает деление. В ответ на сигналы клетка может регулировать экспрессию генов.
Характеристики эмбриональных стволовых клеток
- Тотипотентность - способность образовывать любую из примерно 350 типов клеток организма (у млекопитающих);
- Хоуминг - способность стволовых клеток, при введении их в организм, находить зону повреждения и фиксироваться там, исполняя утраченную функцию;
- Факторы, которые определяют уникальность стволовых клеток, находятся не в ядре , а в цитоплазме . Это избыток мРНК всех 3 тысяч генов , которые отвечают за раннее развитие зародыша ;
- Теломеразная активность.
При каждой репликации часть теломер утрачивается (лимит Хейфлика или биочасы). В стволовых, половых и опухолевых клетках есть теломеразная активность, концы их хромосом надстраиваются, то есть эти клетки способны проходить потенциально бесконечное количество клеточных делений , они бессмертны.
- Стволовых клеток в нашем организме очень мало:
- у эмбриона - 1 клетка на 10 тысяч,
- у человека в 60-80 лет - 1 клетка на 5-8 миллионов.
- Мало кто знает, что стволовые клетки имеют другое название, их еще называют камбиальные клетки или клетки камбия (от позднелат. cambium - обмен, смена).
См. также
Примечания
Ссылки
- Что такое стволовые клетки , Корочкин Л. И., журнал «Природа», 2005, № 6.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Стволовая клетка" в других словарях:
взрослая стволовая клетка - Стволовая клетка, выделенная или происходящая из ткани костного мозга взрослой особи Тематики биотехнологии EN adult stem cell …
первая стволовая клетка - Стволовая клетка костного мозга эмбриона, из которой впоследствии будут развиваться клетки иммунной системы организма Тематики биотехнологии EN stem cell one … Справочник технического переводчика
полипотентная стволовая клетка - Стволовая клетка, способная превращаться в несколько видов клеток организма Тематики биотехнологии EN pluripotent stem cell … Справочник технического переводчика
гематопоэтическая стволовая клетка - Клетка предшественик клеток крови Тематики биотехнологии EN hematopoietic stem cell … Справочник технического переводчика
тотипотентная стволовая клетка - Клетка, способная сформировать любую ткань Тематики биотехнологии EN totipotent stem cell … Справочник технического переводчика
мезенхимная стволовая клетка - — Тематики биотехнологии EN mesenchymal stem cell … Справочник технического переводчика
мезенхимная стволовая клетка взрослого организма - — Тематики биотехнологии EN mesenchymal adult stem cell … Справочник технического переводчика
Представляют собой незрелые (недифференцированные) структуры. Из стволовых клеток в процессе дозревания могут формироваться более зрелые клетки различных тканей. Это зависит от того, какие биологически активные соединения (факторы роста) оказывают на них влияние, а также от наличия рядом другихорганов и тканей.
Эти особенности стволовых клеток дали возможность их использования в медицине. Наиболее широкое распространение они получили в трансплантологии.
Свойства стволовых клеток
За счет того, что стволовые клетки являются недифференцированными структурами, они обладают рядом определенных свойств, к которым относятся:
- Полипотентность - основное свойство данных клеток, благодаря которому они получили широкое применение в практической медицине. Данное свойство обуславливает возможность дифференцировки стволовых клеток в практически любую ткань, что зависит от их окружения.
- Неограниченная пролиферация - стволовые клетки обладают способностью к делению на искусственных питательных средах без дозревания. Это позволяетискусственно увеличивать их количество в лабораторных условиях.
- Длительный период жизни -клетки могут длительный период времени сохранять свою жизнеспособность.
Все эти свойства стволовых клеток дают возможность активно применять их в трансплантологии для получения тканей, подлежащих пересадке.
Виды стволовых клеток
В зависимости от того, где стволовые клетки были взяты, а также от степени их зрелости, выделяют несколько их типов:
- Эмбриональные клетки - берутся из эмбриобласта зародыша еще до имплантации эмбриона в слизистую оболочку матки. Они обладают наименьшей зрелостью, поэтому могут давать начало любой ткани организма человека.
- Фетальные клетки - находятся в организме плода, их получают после выполненного по медицинским показаниям аборта или из пуповинной крови. Они обладают меньшей потентностью, поэтому могут дифференцироваться не во все ткани.
- Постанатальные клетки - данные структуры находятся в организме человека после рождения. В зависимости от их локализации выделяются гемопоэтические (дают начало клеткам крови), стромальные (предшественники соединительной ткани) и тканеспецифические (обладают наименьшей потентностью, находятся практически во всех тканях организма человека) клетки.
В трансплантологии могут использоваться различные типы стволовых клеток, что зависит от тканей или органа, которые требуют пересадки.
Основные направления применения стволовых клеток
Основной целью использования стволовых клеток в различных областях медицины является замещение поврежденных тканей (трансплантация), которая включает несколько направлений:
- Матриксиндуцированный хондрогенез для восстановления хрящей суставной поверхности
- Получение («выращивание») сетчатки глаза для имплантации в офтальмологии
- Восстановление нервов
- Трансплантация сосудов
- Получение структур бронхолегочной системы на специальном матриксе с последующей имплантацией
Перспективными являются направления трансплантации «выращенных» частей почек и других органов мочевыделительной системы, а также желез внутренней секреции.
Все виды медицинских программ бронируйте на
Booking Health - это международный интернет-портал, где можно изучить информацию о ведущих мировых клиниках и забронировать медицинскую программу в режиме онлайн. Благодаря продуманной структуре и доступному изложению информации, сайтом с легкостью пользуются тысячи людей без медицинского образования. На портале представлены программы по всем основным направлениям медицины. Прежде всего, это диагностические программы, или чек-ап. Также это полный спектр программ лечения, от консервативной терапии до специальных хирургических вмешательств. Программы реабилитации закрепляют результаты проведенного лечения или используются самостоятельно. Интернет-портал Booking Health дает возможность сравнить квалификацию специалистов, методики лечения и стоимость медицинской помощи в разных клиниках. Пациент выбирает наиболее подходящий для него вариант самостоятельно или после бесплатной консультации доктора Booking Health.
Кандидат физико-математических наук Е. ЛОЗОВСКАЯ.
Кровь, оставшаяся внутри пуповины, содержит ценнейшие стволовые клетки, которые можно использовать для лечения многих заболеваний.
Перед закладкой на хранение кровь освобождают от балластных фракций - эритроцитов и зрелых лейкоцитов, чтобы получить максимально обогащенный концентрат стволовых клеток.
Пробирки с подготовленными образцами пуповинной крови погружают в жидкий азот.
Со стволовыми клетками - родоначальницами всех клеток организма - связаны многие надежды медицины. Эти клетки, не имеющие выраженной специализации, способны многократно делиться и созревать, превращаясь в компоненты крови и клеточные элементы самых разных тканей - от мышечной и хрящевой до жировой и нейрональной.
В организме взрослого человека стволовых клеток немного и с возрастом становится еще меньше. Больше всего их в костном мозге, и именно с трансплантации костного мозга начинается история успешного применения стволовых клеток в медицине.
Впервые пересадку костного мозга пациенту с лейкемией провел американский врач Дон Томас в 1969 году, за что в 1990-м был удостоен Нобелевской премии. Фактически при такой процедуре происходит замена всех элементов кроветворной системы: собственные кроветворные клетки больного уничтожаются химическими или радиационными средствами, а гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки, содержащиеся в пересаженном костном мозге, дают начало новым здоровым элементам крови. С тех пор этот метод лечения лейкозов получил широкое распространение.
Технология трансплантации хорошо отработана. Сегодня главная задача - найти донора, чьи клетки будут совместимы с организмом пациента. В США и других развитых странах существует целая армия доноров - 6-7 миллионов здоровых людей, которые прошли специальное обследование и согласились в случае необходимости отдать часть своего костного мозга тому, кто будет в этом нуждаться. Но даже при наличии такого огромного числа потенциальных доноров подобрать совместимый костный мозг непросто, и значительная часть больных лейкозом умирает, так и не дождавшись трансплантации.
Вполне правомерный вопрос: есть ли альтернатива пересадке костного мозга? Стволовые клетки, пригодные для клинического использования, можно получать, например, из жира, удаляемого при липосакции, или из крови пациента, а также из крови, остающейся после родов внутри пуповины и плаценты. Именно пуповинную кровь специалисты считают наиболее удобным, безопасным, можно даже сказать, универсальным источником стволовых клеток.
В Институте экспериментальной кардиологии Российского кардиологического научно-производственного комплекса исследование клеток пуповинной крови проводится уже несколько лет. Директор института, член-корреспондент РАН Владимир Николаевич Смирнов убежден, что пуповинная кровь - материал уникальный и очень перспективный для клеточной терапии.
Концентрация стволовых клеток в пуповинной крови несколько ниже, чем в костном мозге, но зато это клетки новорожденного - молодые, не исчерпавшие своего потенциала. А потому они быстрее приживаются, более активно начинают восстанавливать систему кроветворения. У них очень высокая способность к размножению и дифференцировке (превращению в клетки других видов), причем разнонаправ ленной. Среди стволовых клеток пуповинной крови много так называемых наивных Т-лимфоцитов, то есть "необученных", проще говоря, еще не знающих, против чего им бороться. Такие клетки при введении в организм не должны вызывать отторжения. Поэтому трансплантацию пуповинной крови можно проводить и при частичной тканевой несовместимости.
Использование стволовых клеток пуповинной крови не вызывает никаких этических возражений, но это не единственное их преимущество перед эмбриональными клетками. Дело в том, что пуповинные клетки - отнюдь не "младенцы". "Эмбриональные и взрослые клетки отличаются набором рецепторов на внешней мембране, то есть "говорят" на разных языках, - поясняет В. Н. Смирнов. - Эмбриональ ные клетки, образно говоря, первоклашки, а пуповинные - уже взрослые, студенты. И задачи у них разные: взрослые клетки обеспечивают функционирование системы, а эмбриональные эту систему создают. Можно провести такое сравнение: клетки эмбриональные - те, кто строит дом, взрослые - те, кто его эксплуатирует". Неспособность эмбриональных клеток понимать сигналы взрослого окружения может привести к тому, что их развитие пойдет по неправильному пути и образуется опухоль. С клетками пуповинной крови этот риск гораздо меньше.
Стволовые клетки условно разделяют на гемопоэтические и мезенхимальные - те, что дают начало соединительной ткани, сосудам, гладким мышцам. Основную массу стволовых клеток пуповинной крови составляют гемопоэтические клетки. Но есть там и клетки - предшественники эндотелия, способные формировать стенки сосудов и капилляров.
Недавно в исследованиях, которые провел доктор биологических наук Юрий Аскольдович Романов, установлено, что в стенке пуповины, в так называемом Вартоновом геле, тоже имеются стволовые клетки. И что особенно интересно - эти клетки обладают спонтанной способностью превращаться в нейроны. Некоторое количество клеток с нейрональной ориентацией есть и в самой пуповинной крови.
"Давайте немного пофантазируем, - предлагает В. Н. Смирнов. - Если смешать клетки-предшественницы кровеносных сосудов и клетки, которые почти готовы стать нейронами, то получится очень подходящая смесь для лечения инсультов. Ведь при инсультах, во-первых, нужно восстановить кровоток вокруг места повреждения - гематомы, а во-вторых, воссоздать нейроны, чтобы поддержать функции мозга. В модельных экспериментах на животных показано, что процесс восстановления идет, даже если вводить просто пуповинную кровь, а не смесь стволовых клеток".
Способность стволовых клеток пуповинной крови превращаться в нейроны подтверждает успешный клинический эксперимент южнокорейских ученых, сообщение о котором появилось в конце ноября 2004 года. Тридцатисемилетняя женщина, которая из-за травмы позвоночника в течение 19 лет была прикована к инвалидному креслу, вновь обрела возможность ходить. Восстановить поврежденный участок спинного мозга пациентки удалось благодаря пересадке стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови.
Мезенхимальные клетки обладают крайне важным свойством - они подавляют реакцию иммунной системы на свое присутствие. Если в культуре смешать мезенхимальные клетки и Т-лимфоциты, то последние потеряют часть рецепторов иммунной системы и перестанут отвечать на присутствие "чужака". Поэтому есть шанс использовать для лечения не только собственные стволовые клетки, но и чужие (аллогенные), не добиваясь полной совместимости. "Такой подход наиболее перспективен для лечения органов, которые отделены от организма внутренним барьером, - считает Владимир Николаевич Смирнов. - Это, прежде всего, мозг, защищенный гематоэнцефалическим барьером, а также суставные хрящи. Суставная сумка достаточно хорошо изолирована от окружающих тканей, а значит, иммунная система там не всевластна. И это позволяет надеяться, что для восстановления хряща могут подойти чужие мезенхимальные стволовые клетки. Не исключено, что это можно будет делать достаточно просто - путем инъекций в суставную сумку. А если удастся наладить технологию выращивания таких клеток в культуре, то из образца, взятого от одного донора, можно будет производить материал для лечения десятков пациентов. Как только появляется возможность вводить чужие клетки, не требующие специального подбора, получается препарат - как лекарство в аптеке".
Сейчас стволовые клетки пуповинной крови применяют для лечения более чем сорока заболеваний. Это не только лейкозы, но и некоторые болезни обмена, в том числе те, которые считаются несовместимыми с жизнью и приводят к смерти ребенка в раннем возрасте.
Процедура получения стволовых клеток пуповинной крови достаточно проста и безопасна для матери и ребенка. Во время родов пуповину пережимают специальными зажимами, и оставшаяся внутри кровь (ее объем составляет примерно 60-80 мл) стекает в шприц. Эту кровь в стерильных контейнерах доставляют в специализированную лабораторию, где образец подготавливают к замораживанию. В процессе подготовки из крови удаляют балластные элементы - эритроциты, зрелые лейкоциты, избыток плазмы. Параллельно проводят биохимические исследования, определяют характеристики, от которых зависит совместимость клеток при трансплантации. Кроме того, проверяют, не заражена ли кровь бактериями или вирусами. До окончания такого обследования замороженные образцы держат на "карантине", отдельно от остальных. Современные криогенные технологии позволяют сохранять клетки при низкой температуре практически неограниченное время. Уже доказано, что более 95% клеток остаются жизнеспособными после 15 лет хранения в жидком азоте при температуре -196оС.
Первый банк для хранения пуповинной крови был организован в Нью-Йорке десять с небольшим лет назад. Сейчас в мире насчитывается около сотни банков (только в США их более 30), в которых хранится более 400 тысяч образцов. Значительная часть этих банков именные, принимающие на хранение пуповинную кровь конкретного ребенка. Такой "банковский вклад" можно считать персональной биологической страховкой на случай, если самому ребенку либо его ближайшим родственникам: брату, сестре, родителям - понадобятся стволовые клетки для пересадки. Услуга эта платная, и именной образец пуповинной крови - собственность родителей малыша.
В дополнение к именным банкам в США и других странах организуются банки-регистры клеток пуповинной крови, которые пополняются за счет безвозмездного донорства. Национальные банки-регистры необходимы, прежде всего, для того, чтобы найти замену донорам костного мозга. При наличии примерно полумиллиона безымянных образцов, полностью обследованных, проверенных, оттипированных, можно будет помогать практически любому пациенту, уже не забирая костный мозг у доноров, а извлекая соответствующий образец из хранилища, что неизмеримо проще. В США ежегодно происходит примерно 4 миллиона родов, что дает возможность собрать полмиллиона образцов в обозримый период. Для этих целей из американского бюджета выделяется по 1000 долларов на каждый образец. И теперь задача американских врачей - убеждать родителей, которые не хотят сдавать именной образец для своего ребенка, разрешить использовать пуповинную кровь безымянно, с тем чтобы она помогла кому-то другому.
В России первый банк, принимающий на хранение именные образцы пуповинной крови, появился в 2002 году на базе Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии Российской академии медицинских наук. Сейчас организовано еще несколько таких банков.
"Нашей стране необходима государственная программа по созданию национального регистра стволовых клеток, аналогичная той, что проводится в США, - считает Владимир Николаевич Смирнов. - Для того чтобы банк - не именной, а безымянный - имел практическое значение, нужно по крайней мере 30 тысяч образцов. Тогда вероятность нахождения подходящих по всем параметрам стволовых клеток будет достаточно высокой, чтобы реально помогать значительному числу больных. Учитывая, что только в Москве происходит от 80 до 110 тысяч родов в год, за несколько лет вполне можно собрать необходимое количество образцов пуповинной крови. Если мы этого не сделаем, нам придется покупать такую кровь за рубежом и платить по 20-25 тысяч долларов за порцию - почти столько же, сколько за костный мозг, взятый у донора. Среднему гражданину России это не по карману".
На сегодняшний день в мировой клинической практике насчитывается уже более трех тысяч случаев трансплантации пуповинных стволовых клеток вместо клеток костного мозга. До последнего времени пуповинную кровь использовали главным образом для лечения детей. Для пересадки взрослому человеку такого количества стволовых клеток, которое содержится в порции крови, извлекаемой из одной пуповины, не всегда достаточно. Но оказалось, что, если подобрать два или даже три близких по типу образца, их можно смешать и ввести взрослому человеку. Это сразу расширяет поле применения стволовых клеток пуповинной крови.
Один из вдохновителей и горячих сторонников идеи создания банков пуповинной крови в России - член-корреспондент РАМН Валерий Григорьевич Савченко. В Гематологическом научном центре Российской академии медицинских наук, где он руководит отделением трансплантации костного мозга, пересадкой стволовых клеток занимаются более 20 лет.
"В России практически нет доноров костного мозга, - говорит он. - Поэтому сейчас, когда появилась технологическая возможность использовать клетки пуповинной крови для лечения не только детей, но и взрослых, надо это делать. Больные лейкозом - заложники биологии; часть популяции неизбежно подвержена подобным заболеваниям, и на месте этих людей может оказаться любой из нас. Современная медицина дает пациентам шанс выжить, и нельзя их лишать этого шанса. Пуповинная кровь - реальная альтернатива костному мозгу, поэтому нужно создавать и всячески поддерживать банки для ее хранения. Как только будет накоплено большое количество образцов, произойдет качественный скачок".
Вероятность того, что замороженные клетки понадобятся тому самому ребенку, из пуповины которого они получены, довольно низка. А вот для безымянных образцов она, напротив, высока, особенно, если считать не только лейкозы, которые лечат при помощи стволовых клеток уже сейчас, но и прибавить возможность потенциального применения - в кардиологии и онкологии. Пока что накопленная статистика по банкам стволовых клеток показывает, что в среднем востребованным оказывается каждый тысячный образец.
Применение стволовых клеток возможно на основе только хорошо отработанных технологий, эффективность которых доказана и подтверждена лицензией. "Лечение стволовыми клетками не такой простой вопрос, как кажется, - поясняет Валерий Григорьевич Савченко. - Например, при лечении лейкозов, прежде чем ввести донорские стволовые клетки, нужно освободить для них место, то есть уничтожить прежнее клеточное население - и больные клетки, и здоровые. И только потом, в "пустые квартиры", можно заселять новых "законопослушных" жильцов. Кроме того, пересаженным клеткам надо создать подходящие условия для роста, близкие к естественным. В противном случае либо начнется реакция отторжения, либо клетки станут размножаться неконтролируемо, формируя опухоль. К стволовым клеткам надо относиться, как к инструменту, с помощью которого можно создать "биологические костыли" и тем самым продлить жизнь больному. Например, очень перспективный метод лечения инсультов с помощью пуповинной крови, который пока опробован только на крысах, - это тоже не более чем попытка создать временный биологический протез, что-то вроде проволочного "жучка", которым заменяют перегоревшие пробки. Нейроны, образовавшиеся из донорских стволовых клеток, не сделают человека умнее, но свою электрическую функцию они выполнят. А это позволит пациенту начать двигаться, избежать потери мышечной массы и пролежней. Ведь при инсульте значительная часть пациентов умирает именно от последствий гиподинамии".
"Широко рекламируемые методики омоложения с помощью стволовых клеток к медицине никакого отношения не имеют, - подчеркивает Валерий Григорьевич. - Это миф, основанный на невежестве. Увлечение им пройдет, как прошло увлечение Чумаком и Кашпировским. К сожалению, мифы отвлекают общество от насущных проблем медицины. Есть реальные технологии (и трансплантация клеток пуповинной крови - одна из них), которые нужно развивать и тиражировать в регионах. Более того, технологии лечения серьезных заболеваний, например онкологических, следует рассматривать как национальное достояние. Вложение денег в медицину дает большую выгоду, но не в сиюминутном масштабе, а в долговременной перспективе".