Възстановителна терапия на бъдещето. Резюме: Стволови клетки

Стволовите клетки са недиференцирани клетки, които присъстват в човешкото тяло като „стратегически резерв“ във всеки един етап от живота му. Характеристика е тяхната неограничена способност да се делят и способността да създават всякакъв вид специализирани човешки клетки.

Благодарение на тяхното присъствие се извършва постепенно клетъчно обновяване на всички органи и тъкани на тялото и възстановяване на органите и тъканите след увреждане.

История на откритията и изследванията

Руският учен Александър Анисимов пръв доказва съществуването на стволови клетки. Това се случи през далечната 1909 г. Тяхното практическо приложение заинтересува учените много по-късно, около 1950 г. Едва през 1970 г. за първи път са трансплантирани стволови клетки на пациенти с левкемия и този метод на лечение започва да се използва по целия свят.

Приблизително от това време изследването на стволовите клетки беше отделено като отделна посока, започнаха да се появяват отделни лаборатории и дори цели изследователски институти, разработващи методи за лечение с помощта на прогениторни клетки. През 2003 г. се появи първата руска биотехнологична компания, наречена Институт за човешки стволови клетки, която днес е най-голямото хранилище на проби от стволови клетки и също така популяризира собствените си иновативни технологии на пазара. лекарстваи високотехнологични услуги.

На този етап от развитието на медицината учените са успели да получат яйцеклетка от стволова клетка, която в бъдеще ще позволи на безплодни двойки да имат собствени деца.

Видео: Успешна биотехнология

Къде се намират прогениторните клетки?

Стволовите клетки могат да бъдат намерени почти навсякъде човешкото тяло. Те са вътре без провалприсъства във всяка тъкан на тялото. Максималното им количество при възрастен се съдържа в червения костен мозък, малко по-малко в периферната кръв, мастната тъкан и кожата.

Колкото по-млад е един организъм, колкото повече съдържа, толкова по-активни са тези клетки по отношение на скоростта на делене и толкова по-широк е диапазонът от специализирани клетки, които всяка прогениторна клетка може да ражда.

Откъде вземат материал

• Ембрионален.

Най-„вкусни“ за изследователите са ембрионалните стволови клетки, тъй като колкото по-малко е живял организмът, толкова по-пластични и биологично активни са прекурсорните клетки.

Но ако за изследователите не е проблем да получат животински клетки, тогава всякакви експерименти с човешки ембриони се признават за неетични.

Това е въпреки факта, че според статистиката приблизително всяка втора бременност в съвременния свят завършва с аборт.

• От кръв от пъпна връв.

Налични от гледна точка на морала и законодателни решения в редица страни са стволовите клетки от кръв от пъпна връв, самата пъпна връв и плацентата.

В момента се създават цели банки от стволови клетки от кръв от пъпна връв, които по-късно могат да бъдат използвани за лечение на редица заболявания и последствия от телесни увреждания. На търговска основа множество частни банки предлагат на родителите номинален „депозит“ за детето им. Един от аргументите срещу събирането и замразяването на кръв от пъпна връв е ограниченото количество, което може да се получи по този начин.

Смята се, че само дете до определена възраст и телесно тегло (до 50 кг) ще бъде достатъчно за възстановяване на хемопоезата след химиотерапия или лъчетерапия на собствените им размразени стволови клетки.

Но не винаги е необходимо да се възстанови толкова голямо количество тъкан. За да възстановите например същия хрущял на колянната става, ще бъде достатъчна само малка част от запазените клетки.

Същото важи и за възстановяването на клетките на увредения панкреас или черен дроб. И тъй като стволовите клетки от една порция кръв от пъпна връв се разделят в няколко криоепруветки преди замразяване, винаги ще бъде възможно да се използва малка част от материала.

• Получаване на стволови клетки от възрастен.

Не всеки е имал късмета да получи своя „спешен запас“ от стволови клетки от кръв от пъпна връв от своите родители. Ето защо на този етап се разработват методи за получаването им от възрастни.

Основните тъкани, които могат да служат като източници, са:

• мастна тъкан (взета по време на липосукция например);
• периферна кръв, която може да бъде взета от вена);
• червен костен мозък.

Възрастните стволови клетки, получени от различни източници, може да имат някои разлики поради загубата на гъвкавост на клетките. Например клетките на кръвта и червения костен мозък могат да дадат началото предимно на кръвни клетки. Те се наричат ​​хемопоетични.

А стволовите клетки от мастната тъкан много по-лесно се диференцират (прераждат) в специализирани клетки на органи и тъкани на тялото (хрущяли, кости, мускули и др.). Те се наричат ​​мезенхимни.

В зависимост от мащаба на задачата, пред която са изправени учените, те може да се нуждаят от различен брой такива клетки. Например, сега се разработват методи за отглеждане на зъби от урина от тях. Там не са толкова много.

Но като се има предвид факта, че един зъб трябва да се отгледа само веднъж и животът му е значителен, тогава за него са необходими малко стволови клетки.

Видео: Банка за стволови клетки Pokrovsky

Банки за съхранение на биологичен материал

Създават се специални банки за съхранение на проби. В зависимост от целта на съхраняване на материала те могат да бъдат държавни. Те се наричат ​​още банки регистратори. Регистраторите съхраняват стволови клетки от неназовани донори и могат по свое усмотрение да предоставят материала на всяка медицинска или изследователска институция.

Има и търговски банки, които печелят пари, като съхраняват проби от конкретни донори. Само собствениците им могат да ги използват за лечение на себе си или близки роднини.

Ако говорим за търсенето на проби, тогава статистиката е следната:

• всяка хилядна проба е търсена в регистриращите банки;
• материали, съхранявани в частни банки, се използват още по-рядко.

Въпреки това има смисъл да се съхранява номинална проба в частна банка. Има няколко причини за това:

• донорските проби струват пари, понякога много, и сумата, необходима за закупуване на проба и доставянето й в правилната клиника, често е много пъти по-висока от цената за съхранение на вашата собствена проба за няколко десетилетия;
• номинална проба може да се използва за лечение на кръвни роднини;
• може да се предположи, че в бъдеще органите и тъканите ще бъдат възстановени с помощта на стволови клетки много по-често, отколкото се случва в наше време, и следователно търсенето на тях само ще расте.

Приложение в медицината

Всъщност единствената насока на тяхното използване, която вече е проучена, е трансплантацията на костен мозък като етап от лечението на левкемия и лимфоми. Някои изследвания върху реконструкцията на органи и тъкани с помощта на стволови клетки вече са достигнали етапа на експерименти с хора, но все още не се говори за масово въвеждане в практиката на лекарите.

За получаване на нови тъкани от стволови клетки обикновено е необходимо да се извършат следните манипулации:

• събиране на материал;
• изолиране на стволови клетки;
• отглеждане на стволови клетки върху хранителни субстрати;
• създаване на условия за трансформиране на стволови клетки в специализирани;
• намаляване на рисковете, свързани с възможността за злокачествена трансформация на клетки, получени от стволови клетки;
• трансплантация.

Стволовите клетки се изолират от тъкани, взети за експеримента, с помощта на специални устройства, наречени сепаратори. Съществуват и различни методи за утаяване на стволови клетки, но тяхната ефективност до голяма степен се определя от квалификацията и опита на персонала, а също така съществува риск от бактериално или гъбично замърсяване на пробата.

Получените стволови клетки се поставят в специално подготвена среда, която съдържа лимфен или кръвен серум от новородени телета. На хранителен субстрат те се делят многократно, броят им се увеличава няколко хиляди пъти. Преди да бъдат въведени в тялото, учените насочват диференциацията им в определена посока, например получават нервни клетки, клетки на черен дроб или панкреас, хрущялна пластина и др.

Именно на този етап съществува опасност от тяхното израждане в тумор. За да се предотврати това, се разработват специални техники, които намаляват вероятността от раково израждане на клетките.

Методи за въвеждане на клетки в тялото:

• въвеждане на клетки в тъканите директно на мястото, където е имало нараняване или тъканите са били увредени в резултат на патологичен процес (заболяване): въвеждане на стволови клетки в зоната на кръвоизлив в мозъка или в мястото на увреждане на периферни нерви;
• въвеждане на клетки в кръвния поток: така се инжектират стволови клетки при лечението на левкемия.

Плюсове и минуси на използването на стволови клетки за подмладяване

Изследването и използването в медиите все повече се цитира като начин за постигане на безсмъртие или поне дълголетие. Още през далечните 70-те години стволовите клетки са били прилагани като подмладяващо средство на възрастни членове на Политбюро на КПСС.

Сега, когато се появиха редица частни биотехнологични изследователски центрове, някои изследователи започнаха да извършват подмладяващи инжекции на стволови клетки, взети преди това от самия пациент.

Такава процедура е доста скъпа, но никой не може да гарантира нейния резултат. Когато се съгласява, клиентът трябва да е наясно, че участва в експеримент, тъй като много аспекти на тяхното използване все още не са проучени.

Видео: Какво могат да направят стволовите клетки

Най-често срещаните видове процедури са:

• въвеждането на стволови клетки в дермата (процедурата донякъде напомня биоревитализация);
• запълване на кожни дефекти, добавяне на обем към тъканите (това е по-скоро като използване на филъри).

Във втория случай се използва собствена мастна тъкан на пациента и негови стволови клетки, смесени със стабилизирана хиалуронова киселина. Опитите с животни показват, че такъв коктейл позволява по-голямо количество мастна тъкан да се вкорени и да поддържа обем за дълго време.

Първите експерименти са проведени върху хора, които са премахнали бръчките по този метод и са имали увеличение на млечните жлези. Все още обаче няма достатъчно данни, за да може някой лекар да повтори това преживяване на своя пациент, осигурявайки му гарантиран резултат.

Предмет и задачи на биологията на стволовите клетки. Основни свойства и класификация на стволовите клетки

класификация на стъблото

Произход на термина "стволова клетка" и история

открития на типове стволови клетки

В конвенционалния смисъл терминът "стволова клетка" се отнася до клетка, която има способността да се самовъзпроизвежда (самовъзстановява) и да дава начало на диференцирани потомци.

Благодарение на откриването на стволовите клетки се разшириха възможностите в областта на изучаването на механизмите, които регулират ембрионалното развитие, клетъчната диференциация и запазването на целостта на органите и тъканите, т.е. хомеостаза. В допълнение, предвид уникалните свойства на стволовите клетки, а именно способността им да се размножават, насочени

диференциация, разработването на нови терапевтични подходи, базирани на клетъчни технологии, отваря широки хоризонти в различни области на медицината. Във връзка с такъв повишен интерес на съвременните учени и клиницисти към проблемите, свързани с изучаването и практическото приложение на стволовите клетки, е важно да се разгледат стволовите клетки в техния исторически контекст.

За първи път терминът "стволова клетка" се появява в научната литература още през 1868 г. в работата на изключителния немски зоолог и еволюционист Ернст Хекел (1834-1919). Хекел използва термина "Stammzelle" (от немски за "стволова клетка"), за да опише общия прародител на L, един вид едноклетъчен азорганизмът, от който според него са произлезли всички многоклетъчни организми. По-късно, през 1877 г., преминавайки от въпросите на еволюцията (филогенезата) към изучаването на проблемите на ембриологията (онтогенезата), Ернст Хекел предложи оплодената яйцеклетка да се нарича стволова клетка. Използването на термина "стволова клетка" за обозначаване на една клетка в ембриона, която е способна да породи много специализирани клетки, е въведено малко по-късно - в края на 19 век.

Въз основа на теорията за "непрекъснатата зародишна плазма" от Август Вайсман, предложена през 1885 г., немският биолог Теодор Бовери (1862-1915), изследвайки моделите на оогенезата и сперматогенезата, предложи да се наричат ​​"стволови клетки" всички клетки от зародишната линия , започвайки от оплодена яйцеклетка и завършвайки с предшественици на зародишни клетки.

Също през 1892 г., докато изучава ембриогенезата на ракообразните от семейството на Cyclops, Валентин Гекер идентифицира голяма клетка, която той нарече "стволова", която претърпя асиметрично делене, докато една от дъщерните клетки на този предшественик на стволови породи мезодермата, докато другият поражда зародишни (зародишни) клетки. По този начин в тези ранни проучвания терминът "стволова клетка" се отнася до клетки, които сега се наричат ​​първични зародишни клетки или зародишни стволови клетки.

През 1896 г. Едмънд Уилсън популяризира термина "стволова клетка" в книгата си The Cell In Development and Inheritance (Wilson, 1896). По едно време тази книга беше много популярна и имаше огромно влияние върху ембриолозите и генетиците от края на 19 век, особено в Съединените щати. В тази връзка в много англоезични източници Ендмунд Уилсън се споменава като автор на термина "стволова клетка". Въпреки това, Уилсън използва термина "стволова клетка" в същия смисъл като Бовери и Хекер, тоест, за да се позовава на неспециализираната зародишна клетка-майка.

Приблизително по същото време имаше активни изследвания в областта на хемопоезата. Научният свят се раздели на два лагера. Някои учени се придържаха към дуалистичната теория за хематопоезата, те приемаха, че клетките от миелоидната и лимфоидната серия произхождат от различни предшественици, които се намират в различни хематопоетични тъкани, съответно в костния мозък и лимфните възли / далака.

Привържениците на унитарната теория за хематопоезата приемат съществуването на една клетка, която е

майка на всички кръвни клетки. В тази връзка привържениците на единната теория за хематопоезата се сблъскаха с проблема за създаването на термин, който да отразява напълно потенциала за развитие на такива клетки.

През 1908 г. руският учен Александър Максимов предлага такава майчина хематопоетична клетка да се нарича „стволова клетка“.

Приблизително по същото време терминът "стволова клетка" се появява в трудовете на Вера Данчакоф и Ернст Нойман, а също и (1896) в работата на Артур Папенхайм. Всички тези изследователи са използвали термина "стволови клетки", за да дефинират прогениторни клетки, способни да се диференцират в зрели червени и бели кръвни клетки. Вече ранни изследванияв областта на ембриологията и хематологията разкриха, че СК могат да бъдат намерени в ембриона и в тъканите на възрастния организъм.

През 1981 г. американският учен Мартин Еванс е първият, който изолира недиференцирани плурипотентни стволови клетъчни линии от ембриобласта (вътрешна клетъчна маса) на бластоцист на мишка.

Първата успешна трансплантация на стволови клетки, извлечени от кръв от пъпна връв, е операцията, извършена на 5-годишно момче с анемия на Фанкони през 1988 г. Без операция за трансплантация на стволови клетки, взети от кръвта на пъпната връв, той имаше нулеви шансове за възстановяване. След трансплантацията той се възстанови, претърпя необходимата рехабилитация и все още е жив.

През 1998 г. Д. Томпсън и Д. Герхарт изолират

безсмъртна линия от ембрионални стволови клетки, а през 1999 г. списание Science призна откриването на ембрионални стволови клетки като третото най-важно събитие в биологията след дешифрирането на двойната спирала на ДНК и програмата за човешкия геном.

Съществуване хематопоетични стволови клетки(HSC), които са предците на всички хемопоетични зародиши, беше потвърдено от работата на Джеймс Тил, Ърнест МакКълох и други изследователи през 60-те години. последния век. По-нататъшни проучвания позволиха да се открият и характеризират SCs в други тъкани на възрастния организъм, както и в екстра-ембрионални тъкани и органи на новороденото.

По този начин, използването на термина "стволови клетки" започва през втората половина на 19 век в контекста на фундаментални въпроси на ембриологията. Доказателство за съществуването на една единствена хемопоетична стволова клетка, надеждно получена през 60-те години на миналия век, направи тези клетки прототип на всички стволови клетки, а именно: клетки, способни на почти неограничена пролиферация (самообновяване) и способни да произвеждат специализирано потомство клетки (диференциация).

Основни свойства и класификация на стволовите клетки

Класификация на стволовите клетки според способността им да се диференцират:

1. Тотипотентенклетките са способни да образуват всички видове ембрионални и екстраембрионални клетки. Те включват само оплодената яйцеклетка и 2-8 клетъчни бластомери.

2. Плурипотентни клеткиспособни да образуват всички видове ембрионални клетки. Те включват ембрионални стволови клетки, първични зародишни клетки и ембрионални карциномни клетки.

3. Други видове стволови клеткиса локализирани в образуваните тъкани на възрастния организъм (възрастни стволови клетки). Те варират в способността си да се различават от мулти- до унипотентни.

Класификация на стволовите клетки според източника на тяхното изолиране:

1. Ембрионални стволови клетки(ESC) - вътреклетъчна маса на ранен ембрион (на етап бластоцист, 4-7 дни от развитието).

2. Фетални стволови клетки- ембрионални клетки на 9-12 седмици от развитието, изолирани от абортивен материал.

3. Стволови клетки на възрастен организъм:

- Хематопоетични стволови клетки (HSC)) - мултипотентни стволови клетки, които дават начало на всички кръвни клетки: кръв - еритроцити, В-лимфоцити, Т-лимфоцити, неутрофили, базофили, еозинофили, моноцити, макрофаги и тромбоцити В допълнение към костния мозък, GCS се намират в системното кръвообращение и скелетни мускули.

- мезенхимни стволови клеткимултипотентни регионални стволови клетки, съдържащи се във всички мезенхимни тъкани (главно в костния мозък), способни да се диференцират в различни видове мезенхимни тъкани, както и в клетки от други зародишни слоеве.

- Стромални стволови клетки- мултипотентни стволови клетки на възрастен организъм, образуващи стромата на костния мозък (поддържащи хематопоезата), имащи мезенхимен произход.

- тъканно-специфични стволови клетки- разположен в различни видоветъканите и на първо място са отговорни за обновяването на клетъчната им популация, те са първите, които се активират при увреждане. Те имат по-нисък потенциал от стромалните клетки на костния мозък.

Към днешна дата са открити следните видове тъканно-специфични стволови клетки:

невроналнистволови клетки в мозъка - пораждат три основни типа клетки: нервни клетки (неврони) и две групи неневронни клетки, астроцити и олигодендроцити.

кожни стволови клетки- разположени в базалните слоеве на епидермиса и близо до основата на космените фоликули, могат да доведат до кератоцити, които мигрират към повърхността на кожата и образуват защитен слой на кожата.

Стволови клетки от скелетни мускули- изолирани от набраздени мускули, те са способни да се диференцират в клетки на нервната, хрущялната, мастната и костната тъкан, набраздените мускули. Въпреки това, последните проучвания показват, че скелетните мускулни клетки не са нищо повече от мезенхимни стволови клетки, локализирани в мускулната тъкан.

Миокардни стволови клетки- способни да се диференцират в кардиомиоцити и съдов ендотел.

Стволови клетки от мастна тъканоткрити през 2001 г., допълнителни изследвания оттогава показват, че тези клетки могат да се трансформират в други видове тъкани, като нервни, мускулни, костни, клетки на кръвоносни съдове или поне клетки, които имат свойствата на горните.

Стромални клетки на гръбначния мозък(мезенхимни стволови клетки) пораждат различни видове клетки: костни клетки (остеоцити), хрущялни клетки (хондроцити), мастни клетки (адипоцити), както и други видове клетки съединителната тъкан.

Епителни стволови клетки на храносмилателния трактразположени в дълбоките гънки на чревните мембрани и могат да дадат начало на различни видове клетки храносмилателен тракт.

Освен това в началото на миналата година американски учени от университета на Северна Каролина съобщиха, че след седем години изследвания са разработили технология за получаване на стволови клетки от амниотична течност, без да се уврежда плода.

СК има следните основни функции:

1. Възможност за разделяне и самообновяване. За разлика от мускулните клетки, кръвните клетки и нервните клетки, които обикновено не могат да се възпроизвеждат, стволовите клетки могат да се възпроизвеждат многократно - да се размножават. Първоначална популация от стволови клетки, която се размножава в продължение на много месеци, може да произведе милион такива клетки. Ако тези стволови клетки продължат да бъдат неспециализирани, се казва, че имат способността за устойчиво самообновяване.

2. Стволовите клетки са неспециализирани. Те нямат специфични структури, които им позволяват да изпълняват специализирани функции. Например, стволовите клетки не могат да изпомпват кръв в тялото, както сърдечните миокардни клетки, не могат да пренасят кислород в себе си, както правят еритроцитите. Неспециализираните стволови клетки обаче могат да се трансформират в специализирани клетки, включително миокардни клетки, кръвни клетки или нервни клетки.

3. Стволовите клетки могат да дадат началото на други специализирани клетки. Когато неспециализираните стволови клетки пораждат специализирани клетки, този процес се нарича диференциация. В процеса на диференциация клетките обикновено преминават през няколко етапа, като всеки етап става все по-специализиран.

Учените едва сега са започнали да разбират сигналите вътре и извън клетките, които задействат всеки етап от процеса на диференциация. Вътрешните сигнали се контролират от клетъчни гени. Това са участъци от ДНК, които носят някаква цялостна информация и контролират развитието на определена черта или свойство. Външни сигнали за клетъчна диференциация са химикали, секретирани от други клетки, физически контакт със съседни клетки и определени молекули в микросредата. Взаимодействието на сигналите по време на процеса на диференциация води до това, че клетъчната ДНК придобива епигенетични белези, които ограничават експресията на ДНК в клетките.

4. SC способен на асиметрично разделение,което води до образуването на две дъщерни клетки, едната от които е ангажирана с диференциация в специализирана клетка(и), а втората запазва всички признаци на SC, което предпазва SC пула от пълно изчерпване. Клетка, ангажирана с диференциация, която се образува в резултат на асиметрично SC делене, често се нарича транзитна усилвателна клетка - SO.

TAC не са способни на самообновяване, но имат значителен пролиферативен потенциал. Всъщност способността за самообновяване и производство на дъщерни клетки, ангажирани с диференциация поради асиметрично делене, е определящо свойство на SC от всякакъв произход.

5. Механизми поддържане на генетична хомеостазав SCs функционират по-ефективно, отколкото в диференцираните соматични клетки.

Основни насоки и перспективи за използване на стволови клетки в биологията и медицината.

СК са най-подходящият обект за изследване фундаментална биологияи в клетъчна патология,особено при изучаване на механизмите на клетъчна диференциация и специализация в процеса на онтогенезата, както и начините и механизмите на клетъчна и тъканна регенерация. Проучването и разбирането на тези процеси ще помогне да се разберат причините за патологията на развитието, генетичните дефекти и много заболявания, включително рак. За мащабно провеждане на този вид експериментална работа са необходими преди всичко налични източници на СК.

Особено значителен напредък в практическото приложение на SC вече е постигнат в три области:

1) лечение на изгаряния и заздравяване на рани;

2) терапия остър инфарктмиокарда;

3) лечение на пациенти с рак.

Лечение на изгаряния и рани- създаване на изкуствена кожа, отгледана по методите на тъканното инженерство. Трансплантацията на такава кожа осигурява намаляване на общата площ на повърхността на раната и в резултат на това бързо зарастване на рани и рискът от усложнения е значително намален. Тази техника се използва от 1989 г., извършени са повече от 600 трансплантации на култивирани алофибробласти при пациенти с обширни гранични изгаряния IIIA степен и дълготрайни незарастващи остатъчни рани.

Лечение на пациенти с рак- авто- и аплотрансплантация на костни стволови клетки, ви позволява да възстановите неговата хемопоетична активност, която е частично загубена след интензивна химиотерапия и лъчетерапия. Благодарение на използването на трансплантация на костен мозък в Беларуския център по хематология и трансплантация, беше възможно да се увеличи преживяемостта за 3-5 години от 50% (без трансплантация) до 70-90%.

Терапия на остър миокарден инфаркт- се провежда с цел възстановяване на сърдечната тъкан след инфаркт на миокарда (МИ), което се постига поради регенерацията на кардиомиоцитите и образуването на нови капиляри. Според много изследователи СК на костния мозък имат най-добър потенциал за възстановяване на сърдечната функция след инфаркт на миокарда: тяхната трансплантация индуцира мио- и ангиогенеза и подобрява хемодинамиката.

При клетъчната терапия на инфаркт на миокарда основните два метода са:

1. Хирургично - директно доставяне на SC в миокардната тъкан (например в една статия, посветена на клиничните резултати от този метод за лечение на MI, се казва за използването на инжекция от 1 500 000 автоложни SC от костен мозък в пери- инфарктна зона).

2. Терапевтичен - създаване на висока концентрация на СК в кръвта чрез стимулиране на костния мозък с въвеждането на специфични растежни фактори.

Също така много обещаващо

Методите за клетъчна терапия са представени в следните области на медицината:

Неврология - лечение на последствията от наранявания на главата и

гръбначен мозък, инсулт, кома, невродегенеративни заболявания, Паркинсон, Алцхаймер и др.;

Ендокринология - лечение на инсулинозависим диабет;

Болести на опорно-двигателния апарат - репарация

кости, костно присаждане, лечение на миопатии, последствия от наранявания и др.;

Хепатология - лечение на хепатит, чернодробна цироза;

Хематология и офталмология;

Стоматология - използване на SC за израстване на "собствени" зъби;

Козметология - лечение на козметични дефекти;

Геронтология - използването на SC за подмладяване на тялото (ревитализация).

Гномика на вируси и фаги. Вирусите като обекти на молекулярната генетика.

Основните свойства на вирусите

Вирусите са субмикроскопични ДНК- или РНК-съдържащи обекти,

възпроизвеждайки се само в живи клетки, причинявайки ги

синтезират така наречените вириони, които съдържат генома на вируса и са в състояние да го преместят в други клетки.

Това определение отразява две основни качества на вирусите:

Наличието на собствен генетичен материал на вируса, който вътре в клетката гостоприемник се държи като част от клетката;

Наличието на извънклетъчна инфекциозна фаза, представена от специализирани частици или вириони, които служат за въвеждане на вирусния геном в други клетки.

Вирусите имат редица свойства, които не се вписват в идеята за тях като живи обекти, а именно:

Вирусите не дишат;

Не проявявайте раздразнителност;

Не може да се движи самостоятелно -

Не растат и не се разделят;

Способен (поне малко) да кристализира в пречистено състояние.

Според традиционните зоологични и ботанически критерии вирусите не са живи организми. В същото време всички вируси имат основните свойства на живите организми - способността да се възпроизвеждат, променят и предават тези промени на своите потомци, т.е. развивам се. С други думи, вирусите имат своя собствена еволюционна история.

Нито един известен вирус няма биохимичен или генетичен потенциал да генерира енергията, необходима за извършване на биологичните процеси. В това отношение те са абсолютно зависими от клетката гостоприемник.

Размери на вируса

Размерът на вирусните частици също варира значително. Най-„тънките“ са с диаметър около 10 nm, докато дължината им при най-разширените достига 2 μm. Диаметърът на сферичните вириони варира от -20 до 300 nm. Най-големите известни вируси са роднини на вируса на едра шарка, техните вириони могат да бъдат до 450 nm дълги и 260 nm широки и дебели.

Форми на съществуване на вируси

Нуклеопротеиновите вирусни молекули се характеризират с две форми на съществуване: извънклетъчна, корпускулярна, в покой и вътреклетъчна, възпроизвеждаща се, вегетативна.

Екстрацелуларните вируси са корпускули от сферична, кубична, нишковидна частица, които се наричат ​​елементарни телца, вирусни частици и по-често вириони. Размерите на вириона варират от 15-30 до 200-500 nm.

Структурата на вирусите

Всички вириони съдържат геномна нуклеинова киселина, покрита отвън с белтъчна обвивка - капсид. По химичен състав вирусите са нуклеопротеини, а по структура повторно- нуклеокапсиди. Съставът на много вируси, в допълнение към протеини и нуклеинова киселина, включва въглехидрати, липиди и някои други съединения.

Едноверижните вирусни РНК се разделят на две групи. Едната група включва РНК, които са способни да се транслират от рибозоми в клетката гостоприемник, т.е. играят ролята на иРНК. Тези РНК са като (+)РНК, а геномът, който представляват, се нарича положителен.

В друга група РНК вируси, РНК не се разпознава от рибозомата

клетъчен апарат и следователно не е в състояние да изпълнява функцията на иРНК. В клетката тази РНК служи като матрица за синтеза на иРНК. Този тип РНК се нарича (-)РНК, а съответният геном се нарича отрицателен.

Капсидът се състои от субединици с еднаква структура - капсомери, които са подредени според два основни типа симетрия - кубична (икозаедрична) или спирална.

Капсомерите са морфологични единици на капсида, които от своя страна могат да се състоят от една или повече протеинови молекули - структурни единици. Комплексът от капсид и вирусна нуклеинова киселина обикновено се означава с термина нуклеокапсид. Може да има кубична (икосаедрична) или спирална симетрия. Вирионите на простите вируси са представени само от капсида. Вирионите на сложните вируси допълнително имат двуслойни липидни мембрани, които включват протеини (почти винаги гликопротеини), които имат формата на шипове. Такива вириони обикновено имат негликозилиран протеинов слой (матрица), съседен на капсида.

Простите вируси, като правило, се състоят само от специфични за вируса компоненти. Понякога такива вируси могат да „отнесат“ своите компоненти от клетката гостоприемник, като например полиамини и хистони - поликатиони, които служат за неутрализиране на зарядите на вирусната нуклеинова киселина, което улеснява нейното опаковане в капсид.

Сложните вируси съдържат ензими и могат да включват протеини във вириона - компоненти на мембраната на клетката гостоприемник.

Въпросът е естествен: защо капсидът на всички вируси има структура на субединица? Такава структура на капсида, очевидно, се дължи на необходимостта от запазване на генетичен материал. В противен случай, както показват изчисленията, за много вируси би било достатъчно да кодират протеини, способни да покрият не повече от 15% от нуклеина новкиселини. Очевидно е също, че при наличието на един или няколко морфологични компонента

самосглобяването на капсида е значително улеснено. В противен случай вероятността от грешки в процеса на самосглобяване ще се увеличи драстично.

Има някакъв вид "технически" ограничения, които намаляват здравината на пакет, базиран, да речем, на тетраедър или октаедър. В тези изпълнения празнините между субединиците ще бъдат твърде големи и в резултат на това частицата ще бъде крехка. Изчисленията и опитът показват, че колкото по-голям е броят на субединиците и колкото повече контакти имат една с друга, толкова по-стабилна е структурата и толкова по-голям може да бъде капсидът, който от своя страна може да съдържа по-голям и по-сложен геном.

Инкапсулирането на генома е необходимо за вирусите, на първо място, за физическата защита на нуклеинова киселина, която е химически лабилна от въздействието на сурови фактори на околната среда на извънклетъчния етап на съществуване (като екстремни стойности на pH и температура, UV лъчение и др. ).

Друга важна функция на капсида е да осигури адсорбцията на вируса върху клетката гостоприемник чрез взаимодействие с клетъчните рецептори.

При някои вируси геномът е фрагментиран и черупката е просто необходима, за да се събере в едно цяло.

При сложните вируси наличието на външна липидна обвивка, поради нейния афинитет към мембраната на клетката гостоприемник, улеснява проникването на нуклеокапсида в клетката. В допълнение, поради включването на протеини на клетката гостоприемник в тази обвивка, вирусът е в състояние по-успешно да преодолее клетката гостоприемник.

имунологична бариера.

Видове взаимодействие между вирус и клетка

При навлизане на вирус в клетка се образува нов биологичен комплекс „вирус-клетка”. Този комплекс съдържа генетичния апарат на клетката и генетичния апарат на вируса, чиито функции могат да бъдат генетично

чиито функции могат да се преплитат по най-странен начин. Всъщност това е "химера", хибрид на два организма.

Въпреки огромното разнообразие от клетки и вируси, има няколко основни вида на тяхното взаимодействие.

1. Клетката умира и се образува ново поколение вирусни частици. Този тип взаимодействие между вируса и клетката се нарича продуктивно или литично. Вирусите, които причиняват лизис на клетки гостоприемници, се наричат ​​вирулентни. Така протичат повечето вирусни инфекции, независимо дали вирусите са големи и сложни или малки.

2. Инфекциозният процес има абортивен характер - клетката оцелява, вирусът не се образува. Понякога умират и двамата партньори – и вирусът, и клетката.

3. Има интеграция на два генома, които съжителстват повече или по-малко мирно в продължение на много поколения. Този тип взаимодействие се нарича вирогения. Вирусите, способни да причинят вирогения, се наричат ​​умерени. При бактериофагите такова вмъкване на вирусния геном в ДНК на клетката гостоприемник се нарича лизогения, а самите фаги, способни на такова взаимодействие с клетката, се наричат ​​лизогенни.

В допълнение към лизогенните фаги, интегративният процес е характерен за ретровирусите, много ДНК-съдържащи онкогенни вируси (те могат да интегрират не само целия геном, но и част от него), както и някои други вируси. Интегративният процес често води до трансформация на клетката - придобиване от нея на нови гено- и фенотипни характеристики.

В зависимост от степента на антагонизъм на двата генома – вирусен и клетъчен – са възможни няколко вида инфекция. Феноменологично се разграничават персистиращи инфекции, при които вирусът се отделя от организма на гостоприемника за много по-дълго време, отколкото при обикновените литични инфекции, което води до смърт на клетките на гостоприемника. При латентна инфекция вирусът е в тялото на гостоприемника в латентна форма и се освобождава по време на периоди на рецидив на заболяването. Бавен вирусни инфекциихарактеризиращ се с много дълъг инкубационен периодкоето може да продължи с години.

"Стволови клетки. Перспективи и възможности за практическото им използване”

Въведение

Стволовите клетки са йерархия от специални клетки на живи организми, всяка от които впоследствие е способна да се променя (диференцира) по специален начин (т.е. да получава специализация и да се развива по-нататък като нормална клетка). Стволовите клетки са способни да се делят асиметрично, поради което при деленето се образува клетка, подобна на майчината (самовъзпроизвеждане), както и нова клетка, способна да се диференцира.

Най-важното свойство на стволовата клетка е, че генетичната информация, съдържаща се в нейното ядро, е, така да се каже, в „нулевата точка“ на референтната стойност. Факт е, че всички неполови клетки на живите организми (соматични клетки) са диференцирани, тоест изпълняват някои специализирани функции: клетките на костната тъкан образуват скелет, кръвните клетки са отговорни за имунитета и пренасят кислород, нервните клетки провеждат електрически импулс. И стволовата клетка все още не е „включила“ механизмите, които определят нейната специализация. В „нулевата точка“ неговият геном все още не е „задействал“ никаква програма и, най-важното, не е започнал да изпълнява програмата за възпроизвеждане.

1. И ° С тогава стр и аз ° С стволови клетки

Понятието "стволови клетки" се появява за първи път в Русия в началото на миналия век. Първото предположение за съществуването на стволови клетки е направено от руски учени. Тогава големият руски хистолог А.А. Максимов, изучавайки процеса на хематопоеза, стигна до извода за тяхното съществуване. Той до голяма степен предопредели посоката на развитие на световната наука в областта на клетъчната биология. Неговите трудове се превърнаха в световна научна класика и до ден днешен остават едни от най-често цитираните сред трудовете на местни изследователи.

Терминът "стволови клетки" A.A. Максимов предложи още през 1908 г. да обясни механизма на бързото самообновяване на кръвните клетки. Той говори с нова теория за хемопоезата в Берлин на конгрес на хематолозите. Именно тази година с право може да се счита за началото на историята на развитието на изследванията на стволовите клетки.

Всеки ден няколко милиарда клетки умират в кръвта и се заменят с нови популации от еритроцити, левкоцити и лимфоцити. А.А. Максимов пръв се досеща, че обновяването на кръвните клетки е специална технология, различна от простото клетъчно делене. Ако кръвните клетки се самообновяват чрез просто клетъчно делене, това ще изисква гигантски костен мозък.

Първите експерименти за практическото използване на стволови клетки са започнати в началото на 50-те години на миналия век. Тогава беше доказано, че с помощта на трансплантация на костен мозък (основният източник на стволови клетки) е възможно да се спасят животни, които са получили смъртоносна доза радиоактивно облъчване.

Отне почти 20 години, за да влезе трансплантацията на костен мозък в арсенала на практическата медицина. Едва в края на 60-те години бяха получени убедителни данни за възможността за използване на трансплантация на костен мозък при лечението на остра левкемия.

В началото на века учените вече подозираха, че в много тъкани има клетки, които допринасят за регенерацията (възстановяването) на тези тъкани и активират деленето на обикновените клетки.

Съветските учени Александър Фриденщайн и Йосиф Чертков поставиха основите на науката за стволовите клетки от костен мозък, доказвайки, че именно там се намира своеобразно депо от забележителни клетки. Тогава стана известно, че част от стволовите клетки мигрират в кръвта, те също са в различни тъкани, по-специално в кожата и мазнините.

1970 – Първите трансплантации на автоложни (ваши собствени) стволови клетки. Има данни, че през 70-те години на миналия век в бившия Съветски съюз са правени „младежки ваксинации“ на възрастните членове на Политбюро на КПСС, като са им инжектирани препарати от стволови клетки 2-3 пъти годишно.

1988 г. - За първи път са използвани стволови клетки за трансплантация: момчето, което претърпя операцията, все още е живо и здраво.

1992 - Първата номинална колекция от стволови клетки. Професор Дейвид Харис „за всеки случай“ замрази стволови клетки от кръв от пъпната връв на първородния си син. Днес Дейвид Харис е директор на най-голямата в света банка за стволови клетки от кръв от пъпна връв.

1996 – Между 1996 и 2004 г. са извършени 392 автоложни трансплантации на стволови клетки. Така че през 1996 г. се извършва предимно трансплантация на костен мозък.

1996 г. - Доказано е, че радиацията унищожава раковите клетки, но също така убива стволови клетки, които току-що са били трансплантирани от костния мозък на донора.

1997 – През последните 10 години са извършени 143 трансплантации на кръв от пъпна връв в 45 медицински центъра по света. В Русия беше извършена първата операция на онкологично болен за трансплантация на стволови клетки от кръв от пъпна връв на бебета.

1998 г. – Първата в света трансплантация на „наименувани“ стволови клетки от кръв от пъпна връв на момиче с невробластом (мозъчен тумор). Биологичната застраховка проработи – детето беше спасено. Общият брой на извършените трансплантации на кръв от пъпна връв надхвърля 600.

През същата година американските учени Джеймс Томсън и Джон Бекер успяват да изолират човешки ембрионални стволови клетки и да получат първите им линии.

През 1998 г. учените откриха начин за отглеждане на стволови клетки в хранителна среда.

1999 г. - Списание "Science" признава откриването на ембрионални стволови клетки за третото най-важно събитие в биологията след декодирането на двойната спирала на ДНК и програмата "Човешки геном".

През 1999 г. между Санкт Петербургския държавен медицински университет на името на академик I.P. Павлова и Европейският институт за подкрепа и развитие на трансплантологията подписаха споразумение, според което в университета се създава катедра по трансплантация на костен мозък, която отговаря на всички международни изисквания. Клонът е открит през юни 2000 г. Основната цел е извършване на трансплантация на хематопоетични стволови клетки, включително и от неродствени донори.

2000 г. - В света са извършени 1200 трансплантации на стволови клетки от пъпна връв, от които двеста са родствени. Шестгодишно дете с анемия на Фанкони беше излекувано с помощта на стволови клетки от кръв от пъпната връв на новороденото му братче. В тази история е интересно, че второто дете е родено след изкуствено осеменяване (IVF). Сред получените ембриони е избран един, който е най-съвместим с реципиента и не съдържа признаци на заболяването.

През същата година беше показана способността на възрастните хематопоетични и стромални клетки на човешкия костен мозък да се диференцират в кардиомиоцити и гладкомускулни клетки; тази способност се използва в регенеративната кардиология.

2003 г. - Журналът на Националната академия на науките на Съединените щати (PNAS USA) публикува доклад, че след 15 години съхранение в течен азот стволовите клетки от кръв от пъпна връв напълно запазват своите биологични свойства. От този момент криогенното съхранение на стволови клетки започва да се счита за "биологична застраховка". Световната колекция от стволови клетки, съхранявани в буркани, достигна 72 000 проби. Към септември 2003 г. в света вече са извършени 2592 трансплантации на стволови клетки от пъпна връв, от които 1012 са на възрастни пациенти.

Броят на The Lancet от 4 януари 2003 г. публикува два доклада за резултатите от инжектирането на автоложни (собствени) стволови клетки от костен мозък при пациенти с тежка ангина пекторис или инфаркт на миокарда. Източникът на култивирани мононуклеарни клетки е костният мозък, взет от илиачния гребен на пациента. Няколко месеца по-късно се забелязва значително подобрение в миокардната перфузия и функцията на лявата камера.

2004 – Общата световна колекция от стволови клетки от кръв от пъпна връв наближава 400 000 проби. В света са извършени около 5000 трансплантации на кръв от пъпна връв. За сравнение, броят на трансплантациите на костен мозък за същия период е около 85 000.

2005 г. - Списъкът от заболявания, при чието лечение може успешно да се приложи трансплантация на стволови клетки, достига няколко десетки. Основно внимание се обръща на лечението на злокачествени новообразувания, различни форми на левкемия и други кръвни заболявания. Има съобщения за успешна трансплантация на стволови клетки при заболявания на сърдечно-съдовата и нервната система. Разработени са международни протоколи за лечение на множествена склероза. Провеждат се многоцентрови проучвания при лечението на миокарден инфаркт и сърдечна недостатъчност. Търсят се подходи за лечение на инсулт, болест на Паркинсон и Алцхаймер.

Нобеловата награда за физиология или медицина за 2007 г. получиха трима учени: американците Марио Капечи и Оливър Смитис и британецът Мартин Еванс. Те получиха наградата за постиженията си в генно-насочената мутагенеза при мишки с помощта на ембрионални стволови клетки. Според прессъобщение от наградения Каролинска институт (Швеция), Capecchi, Evans и Smithies са направили някои новаторски открития, които са довели до разработването на селективни техники за заглушаване на един ген, които могат да се използват за лечение на рак, диабет, сърдечно-съдови заболявания и невродегенеративни заболявания.

2. Концепцията за ° С стволови клетки

Стволовите клетки могат да дадат началото на всякакви телесни клетки - кожни, нервни и кръвни клетки. Първоначално се смяташе, че такива клетки няма във възрастния организъм и че те съществуват само в много ранния период на ембрионалното развитие. Въпреки това, през 70-те години A.Ya. Friedenstein et al., откриват стволови клетки в мезенхима (строма) на „възрастния“ костен мозък; по-късно те са наречени стромални клетки.

В нашето тяло има много малко стволови клетки: в ембриона - 1 клетка на 10 хиляди, в човек на 60-80 години - 1 клетка на 5-8 милиона.

В същото време се появиха работи, които доказаха наличието на стволови клетки в почти всички органи на възрастни животни и хора. В тази връзка е обичайно стволовите клетки да се разделят на ембрионални стволови клетки (изолирани от ембриони в стадия на бластоциста, много ранен стадий на развитие, когато все още няма тъкани или зародиш на органи) и регионални стволови клетки (изолирани от органи на възрастни или от органи на по-късни ембриони).етапи), които запазват свойствата на ембрионалните клетки, както се вижда от ембрионалните протеинови маркери, открити в тях.

Стволовите клетки могат да бъдат изолирани и отгледани в тъканна култура. В този случай се образуват сферични клетъчни асоциати: натрупванията на ембрионални клетки се наричат ​​ембриоидни тела, а невралните се наричат ​​невросфери.

Способността да се произвеждат различни видове клетки (плурипотентност) прави стволовите клетки най-важният резерв за възстановяване в тялото, който се използва за заместване на дефекти, възникнали поради определени обстоятелства.

Биолозите бяха особено изненадани от наличието на стволови клетки в централната нервна система. Както е известно, самите нервни клетки губят способността си да се възпроизвеждат още в най-ранния стадий на невронна диференциация (етап на невробласт). И стволовите клетки, в отговор на различни лезии на нервната тъкан, започват да се делят, последвано от диференциация в нервни и глиални клетки. Изолирани невронни стволови клетки могат също да се трансформират в други производни.

Стволовите клетки могат да бъдат открити чрез специални методи. Факт е, че в "нативните" стволови клетки и техните производни се синтезират специфични протеини, които се откриват с помощта на имунохистохимични техники. За всеки протеин се получават антитела, които се маркират с флуоресцентно багрило. Този реагент открива протеини, присъстващи в стволови клетки на различни етапи на развитие. Така невронните стволови клетки съдържат протеина нестин, както е показано на фигура 2. Когато влязат в пътя на специализация, в тях се появява нов протеин, виментин. Ако клетките се развиват в неврална посока, тогава се синтезират съответните маркиращи протеини – неврофиламент, b3-тубулин, енолаза и др. Когато клетките се специализират като спомагателни, глиални, се появяват други маркери, например глиален фибриларен кисел протеин, протеин S-100 и др.

Цитоплазмата, съдържаща нестин, флуоресцира в зелено, ядреният материал флуоресцира в синьо.

Коренът на йерархията на стволовите клетки е тотипотентната зигота. Първите няколко деления на зиготата запазват тотипотентността и ако се загуби целостта на ембриона, това може да доведе до появата на монозиготни близнаци. Клоновете на йерархията включват плурипотентни (всемогъщи) и мултипотентни (взривни) стволови клетки. Листата (крайните елементи) на йерархията са зрели унипотентни клетки на телесните тъкани.

Нишите на стволовите клетки са места в тъканта, където стволовите клетки се отлагат постоянно, като се делят според нуждите за по-нататъшна диференциация.

Стволовите клетки се размножават чрез делене, както всички други клетки. Разликата между стволовите клетки е, че те могат да се делят неограничено, докато зрелите клетки обикновено имат ограничен брой цикли на делене.

Когато стволовите клетки узреят, те преминават през няколко етапа. В резултат на това тялото има редица популации от стволови клетки различни степенизрелост. В нормално състояние, колкото по-зряла е една клетка, толкова по-малка е вероятността да се развие в друг тип клетка. Това обаче е възможно благодарение на феномена на клетъчната трансдиференциация.

ДНК във всички клетки на един организъм (с изключение на пола), включително стволовите клетки, е една и съща. Клетките на различни органи и тъкани, като костни клетки и нервни клетки, се различават само по това кои гени са включени и кои са изключени, тоест чрез регулиране на генната експресия, например чрез метилиране на ДНК. Всъщност с осъзнаването на съществуването на зрели и незрели клетки е открито ново ниво на клетъчен контрол. Тоест геномът на всички клетки е идентичен, но режимът на работа, в който се намира, е различен.

AT различни телаи тъкани на възрастен организъм има частично узрели стволови клетки, готови бързо да узреят и да се превърнат в клетки от желания тип. Те се наричат ​​бластни клетки. Например, частично зрелите мозъчни клетки са невробласти, костите са остеобласти и т.н. Диференциацията може да бъде предизвикана както от вътрешни, така и от външни причини. Всяка клетка реагира на външни стимули, включително специални цитокинови сигнали. Например, има сигнал (вещество), което служи като знак за пренаселеност. Ако има много клетки, тогава този сигнал потиска деленето. В отговор на сигнали клетката може да регулира генната експресия.

Ролята на стволовите клетки става ясна при разглеждането на развитието на човешкото тяло, показано на Фигура 3. Това развитие започва с оплождането на яйцеклетката и образуването на зигота, която поражда цял организъм. Оплодената яйцеклетка е тотипотентна – има неограничен потенциал в смисъл, че сама е достатъчна за формиране и развитие. нормален плодпри съответните условия. В първите часове след оплождането той се разделя с образуването на идентични тотипотентни клетки и всяка от тях, имплантирана в матката на жената, е в състояние да даде началото на развитието на плода. Приблизително четири дни след оплождането, когато са преминали няколко цикъла на клетъчно делене, тотипотентните клетки започват да се специализират с образуването на сферична структура, наречена бластоциста. Бластоциста има външен слой и вътрешна кухина, където се образува вътрешната клетъчна маса. Плацентата и другите поддържащи структури, необходими за образуването на плода, се развиват от външния слой, а почти всички органи и тъкани на самия плод се развиват от вътрешната клетъчна маса. Клетките от вътрешната клетъчна маса са плурипотентни – наличието им е необходимо, но не достатъчно условие за образуването на плода. Ако се имплантират в матката на жена, тогава няма да настъпи бременност.

Плурипотентните клетки претърпяват допълнителна специализация, за да образуват стволови клетки, които водят до още по-специализирани клетки със специфични функции. Така еритроцитите, левкоцитите и тромбоцитите се развиват от хемопоетични (хемопоетични) стволови клетки, а различни видове клетки от тази тъкан се развиват от кожни стволови клетки. Твърди се, че стволовите клетки са плурипотентни. Плурипотентните стволови клетки присъстват не само в ембриона, но и в тялото на новородено и възрастен. По този начин хемопоетичните стволови клетки, разположени главно в костния мозък, както и в малко количество циркулиращи в кръвта, са отговорни за постоянното образуване на нови кръвни клетки, които да заменят унищожените, и този процес продължава през целия живот.

3. Ембрионални стволови клетки

Ембрионалните стволови клетки (ЕСК) се образуват от вътрешната клетъчна маса в ранен стадий на ембрионално развитие - бластоциста. Човешкият ембрион достига стадий на бластоциста на етап 4-5 дни след оплождането, човешката бластоциста се състои от 50-150 клетки.

Ембрионалните стволови клетки са плурипотентни. Това означава, че те могат да се диференцират във всичките три основни зародишни слоя: ектодерма, ендодерма и мезодерма. По този начин се образуват повече от 220 вида клетки. Свойството плурипотентност отличава ембрионалните стволови клетки от плурипотентните клетки, които могат да дадат начало само на ограничен брой типове клетки. При липса на стимули за диференциране in vitro, ембрионалните стволови клетки могат да поддържат плурипотентност чрез много клетъчни деления. Наличието на плурипотентни клетки във възрастен организъм остава обект на научен дебат, въпреки че проучванията показват, че е възможно да се образуват плурипотентни клетки от възрастни човешки фибробласти.

Благодарение на пластичността и потенциално неограничения потенциал за самообновяване, ембрионалните стволови клетки имат перспективи за приложения в регенеративната медицина и замяна на увредени тъкани. В момента обаче няма медицинска употребаембрионални стволови клетки. Възрастните стволови клетки и стволовите клетки от гръбначния мозък се използват за лечение на различни заболявания. Някои заболявания на кръвта и имунната система (включително генетични) могат да бъдат излекувани от такива неембрионални стволови клетки. Разработват се терапии със стволови клетки за патологии като онкологични заболявания, младежки диабет, синдром на Паркинсон, слепота и заболявания на гръбначния мозък

Има както етични, така и технически предизвикателства, свързани с трансплантацията на хемопоетични стволови клетки. Тези проблеми са свързани, наред с други неща, с хистосъвместимостта. Такива проблеми могат да бъдат разрешени чрез използване на собствени стволови клетки или чрез терапевтично клониране.

Тотипотентност - способността да се образува някоя от приблизително 350 вида клетки в тялото (при бозайници).

Насочването е способността на стволовите клетки, когато бъдат въведени в тялото, да намерят зоната на увреждане и да се фиксират там, изпълнявайки загубената функция.

Факторите, които определят уникалността на стволовите клетки, не се намират в ядрото, а в цитоплазмата. Това е излишък от иРНК на всички 3 хиляди гена, които са отговорни за ранното развитие на ембриона.

Понастоящем човешките плурипотентни клетъчни линии се извличат от два източника, като се използват методи, разработени в животински модели:

а) Плурипотентните клетки се изолират директно от вътрешната клетъчна маса на човешкия ембрион в стадия на бластоциста. Самият ембрионален материал е получен в големи количества за клинични, а не за изследователски цели за ин витро оплождане, като всеки път се иска разрешение за използването му и от двамата донори. Клетките от вътрешната клетъчна маса се култивират и се получава плурипотентна клетъчна линия.

б) Друга група изследователи изолира плурипотентни клетки от фетална тъкан. Разрешение за това са дали и двамата съпрузи, след като сами са решили да прекъснат бременността. Клетките бяха избрани от областта на плода, която трябваше да се развие в яйчниците или тестисите.

Въпреки че плурипотентните клетки в двата случая са от различни източници, получените клетъчни линии са идентични.

Друг начин за получаване на плурипотентни клетки може да бъде метод, основан на прехвърляне на ядрото на соматична клетка в енуклеирана (лишена от ядро) яйцеклетка. Вече са проведени съответни експерименти върху животни. Самото яйце с ново ядро ​​и неговите непосредствени „потомци“ са способни при подходящи условия да се развият в пълноценен организъм, тоест те са титопотентни. Те образуват бластоциста, който служи като източник на плурипотентни клетки.

Изолираните човешки плурипотентни клетки са много ценен материал за изследователи и клиницисти. Експериментите с тяхното използване могат да помогнат да се разберат най-сложните процеси на развитие на човешкото тяло и преди всичко какво точно влияе върху решението на клетката да премине от етапа на растеж и делене към етапа на диференциация. Известно е, че ключова точкатук е "включването" и "изключването" на специфични гени, но ние знаем малко за самите тези гени и за това какви събития предхождат тяхното превключване. След като разберем нормалното функциониране на клетката, ще можем да разберем какви неуспехи в нейната работа водят до фатални последици за тялото.

Изолирането на човешки плурипотентни клетки отваря нови възможности за изследователите, участващи в търсенето на нови лекарства и тяхното тестване. Разнообразие от клетъчни линии (например ракови клетъчни линии) вече се използват за тази цел, а плурипотентната клетъчна култура позволява тестване върху няколко типа клетки едновременно. Това не замества тестването на ниво цял организъм, но значително улеснява търсенето на нови лекарства.

Едно от най-впечатляващите приложения на човешки плурипотентни клетки е в така наречената „клетъчна терапия“. Много човешки заболявания са причинени от неправилно функциониране на клетки или цели органи и днес методът на трансплантация се използва за отстраняване на дефекта в такива случаи. За съжаление често увреждането е множествено и не е възможно да се заменят всички засегнати органи. Плурипотентните клетки, стимулирани да се диференцират с образуването на строго специализирани клетки, могат да служат като възобновяем източник на незасегнати клетки, които заместват дефектни клетки, които са се провалили. Това разкрива широки възможности за лечение на голямо разнообразие от човешки заболявания, включително такива сериозни като болестта на Паркинсон, болестта на Алцхаймер, сърдечно-съдови заболявания, ревматоиден артрит, диабет и др.

Въпреки обещанията на описания подход, ще отнеме много време, преди да може да бъде приложен в клиниката. Първо, необходимо е да се установи какви събития предхождат прехода на клетка в човешкото тяло към етапа на диференциация; само тогава ще можем целенасочено да променим хода на събитията, за да получим от плурипотентни клетки точно тези, които са необходими за трансплантация. Второ, преди да се въведат култивирани клетки в човешкото тяло, трябва да се реши проблемът с имунологичното отхвърляне. Тъй като плурипотентните клетки, взети от бластоциста или феталната тъкан, е малко вероятно да бъдат идентични с тези на реципиента, е необходимо да се научите как да ги модифицирате, за да минимизирате тази разлика или да създадете тъканна банка.

В някои случаи проблемът с несъвместимостта може да бъде решен чрез метода на ядрения трансфер на соматични клетки. Да предположим, че пациентът страда от прогресираща сърдечна недостатъчност. Ако вземем която и да е соматична клетка от него и въведем нейното ядро ​​в енуклеирана реципиентна яйцеклетка, получаваме химерно яйце, в което почти целият генетичен материал е идентичен с този на пациента. От него може да се получи бластоцист и след това чрез селекция на клетките от вътрешната клетъчна маса могат да се получат плурипотентни клетки. Последните могат да бъдат стимулирани да произвеждат клетки на сърдечния мускул, генетично идентични с нормалните клетки на пациента, и да бъдат имплантирани в пациента, без да е необходимо да бъде подложен на тежка имуносупресивна терапия.

Още по-впечатляващо приложение на човешки стволови клетки е генната терапия ex vivo. В този случай е възможно да се влеят в тялото на пациента не обикновени стволови клетки, а генетично модифицирани, които заместват дефектните клетки или компенсират липсата на продукта на гена, който е включен в генома на вливаните клетки. Стволовите клетки могат да бъдат получени от самия пациент или от съвместими донори. Трябва да се отбележи обаче, че ex vivo генната терапия с човешки стволови клетки прави само първите си стъпки. Много по-реалистично е използването на модифицирани ембрионални стволови клетки за създаване на трансгенни животни. Съответните експерименти вече се провеждат широко върху мишки. Първо, ембрионалните стволови клетки се получават от вътрешната клетъчна маса на бластоциста на мишка. Те са генетично модифицирани (трансформирани) с помощта на вектор, носещ желания ген (трансген), култивирани и селектирани по един или друг начин. Популацията от трансфектирани клетки се култивира повторно и се въвежда в бластоцисти, които след това се имплантират в матката на „сурогатната“ майка. Чрез кръстосване на животни, носещи трансгена в миши зародишни клетки, се получава трансгенна миша линия. В генома на стволова клетка е възможно не само да се вмъкне полезен ген, кодиращ някакъв продукт, необходим на тялото, но и да се деактивира („избие“) ген, кодиращ, например, някакъв вид токсин. Трансгенните мишки с нарушения в определен ген се използват широко като модел за изследване на човешки заболявания молекулярно ниво.

4. Възрастни стволови клетки

Плурипотентните стволови клетки присъстват в някои тъкани на възрастния организъм. Те служат като източник на клетки от различни тъкани, които естествено не работят. Тези клетки не се срещат във всички видове тъкани, но трябва да се отбележи, че изследванията в тази област тепърва започват. Така доскоро се смяташе, че нервните клетки не се регенерират, но през последните години стволовите клетки на нервната тъкан бяха изолирани от нервната тъкан на възрастни мишки и плъхове. Съответни проучвания върху хора известни причинитрудно, но все пак такива клетки се откриват в съответната фетална тъкан, а освен това в мозъка на пациент с епилепсия се откриват клетки, подобни на стволови клетки от нервната тъкан, част от които са отстранени по време на операцията.

Направен е нов и много важен извод: във възрастния организъм се запазват и ембрионални клетки с висок потенциал за развитие. Освен това те представляват най-важното звено във веригата на репаративните процеси, което не е било подозирано преди. По този начин в ембрионалните клетки, описани през 70-те години на миналия век в черния дроб на възрастна мишка, не се предполагаше, че те имат толкова висок потенциал за развитие и участват активно в репарацията.

В хода на клетъчното делене майчините и дъщерните клетки възникват от стволови клетки. Майчините се използват за самоподдържане на популацията, докато дъщерните или „излизат” в камбиалната клетка, или директно в диференциацията. Стволовата клетка запазва свойствата на ранните ембрионални клетки – плурипотентност, докато камбиалната клетка губи тази способност и произвежда само регионални структури.

По този начин е направена голяма крачка напред в изследването на процесите на възстановяване. Но има още много да се направи, за да се разберат фините механизми на поведение на стволовите клетки и да се намери възможност това знание да се използва в клиничната практика.

Доскоро имаше малко доказателства, че плурипотентните стволови клетки от бозайници, като хематопоетичните стволови клетки, могат да променят хода си на развитие и да дадат началото на кожни клетки, чернодробни клетки или всякакви други специализирани клетки, различни от кръвни клетки. Експериментите, проведени през последните години върху животни обаче показаха, че е твърде рано да се сложи край на това. Установено е, че някои животински стволови клетки, считани преди за строго специализирани, могат да променят своята специализация при определени условия. Например, стволови клетки от нервна тъкан на мишка, инжектирани в костния мозък, успяха да се диференцират в различни кръвни клетки, докато стволовите клетки, открити в костния мозък на плъх, могат да се диференцират в чернодробни клетки. Тези впечатляващи експерименти показват, че при определени условия стволовите клетки са по-гъвкави, отколкото се смяташе досега.

Импулсът за изучаването на човешките стволови клетки е, че те крият големи възможности както от чисто научна гледна точка, така и по отношение на използването им в клетъчната терапия. На първо място, говорим за предимствата, които дава използването им при трансплантация. Ако беше възможно да се получи стволова клетка от възрастен индивид, да се стимулира нейното делене и да се промени нейната специализация, тя можеше да бъде въведена в тялото на донора без страх от отхвърляне. Подобен подход би могъл да избегне необходимостта от използване на човешки ембрионални или фетални стволови клетки, практика, която се отхвърля от обществеността по етични причини.

Но въпреки всички обещания, този метод е изправен пред сериозни проблеми. Първо, стволовите клетки не се намират във всички видове тъкани на възрастни. По този начин не са открити стволови клетки на сърдечния мускул и островите на панкреаса. Второ, дори и да се намерят такива клетки, те се намират в тъканите в много малки количества и трудно се изолират и пречистват, а с възрастта стават още по-малки.

За да могат възрастните стволови клетки да се използват за собствено лечение, те първо трябва да бъдат получени от даден пациент, след което да бъдат култивирани, за да се постигне достатъчно висока плътност, която да е достатъчна за терапия. Има обаче случаи, когато болестта просто не дава време за извършване на всички тези процедури и освен това, ако заболяването е от генетично естество, има вероятност стволовите клетки също да бъдат засегнати. Има признаци, че възрастните стволови клетки не се делят толкова бързо, колкото феталните стволови клетки, и че тяхната ДНК изглежда съдържа повече аномалии.

Използването на "възрастни" стволови клетки за изследване на ранните етапи на клетъчна специализация също не изглежда много обещаващо, тъй като тези клетки вече са изминали дълъг път в една посока. Освен това от една линия „възрастни“ стволови клетки могат да се получат не повече от 3-4 вида тъкани. Преди да можем да отговорим на въпроса какви стволови клетки трябва да имате, за да се справите с това или онова ново заболяване, е абсолютно необходимо да изследваме потенциала на „възрастните“ стволови клетки и да го сравним с потенциала на плурипотентните клетки.

5. Анализ стр ген oli в разл стр енчи стр овке

Способността на всякакви стволови клетки да пораждат различни видове клетки ги прави много удобна система за изучаване на молекулярни генетични събития, които определят специфична клетъчна диференциация. Наистина, чрез изолиране на чисти стволови клетки, може да се анализират функциите на гените, отговорни за последователните етапи на диференциация.

По-специално се оказа, че времето на последователно активиране на гените, контролиращи развитието, съвпада както в постимплантационните ембриони, така и в културата на ембриоидните тела. Това означава, че стволовите клетки са наистина добър експериментален модел за изследване на молекулярните механизми на клетъчна специализация.

Анализът на култури от стволови клетки с помощта на метода на молекулярния генетичен микрочип (microarray), който оценява броя на функционално активните гени, показа, че най-малко 1200 шаблонни РНК (mRNA) се синтезират в един клон на мезенхимни стволови клетки. Различните стволови клетки съдържат подобен набор от предварително синтезирани иРНК (копия на много гени), но има и специфични РНК. В същото време беше установено, че стромалните стволови клетки на възрастната хематогенна (кръвотворна) тъкан съдържат почти целия набор от иРНК, които функционират в зародишните слоеве и на етапа на органогенезата. Бяха идентифицирани също тРНК на ключови гени, които регулират узряването на клетки от всички зародишни слоеве: мезенхимален и мезодермен произход, както и ентодерма и ектодерма. Повечето иРНК от регулаторни гени вече присъстват в яйцеклетката и зародишните клетки.

Следователно в стволовите клетки се проявява общият принцип на онтогенезата - работата на гените с "аванс", т.е. синтезът на тези иРНК, които ще са необходими на много по-късни етапи на развитие.

6. Гени-го ° С огнище и п стр различен проблем стр енчи стр овс

Многобройни данни, получени по време на изследването на стволови клетки, позволиха да се прецизира организацията на съответните генни мрежи. По-специално, възможно е да се идентифицират начини за взаимодействие между така наречените главни гени и подчинени гени. Господарите са ключови гени, които определят спецификата на развитието на дадена тъкан или орган, робите са каскади от структурни гени (стартирани от главни гени), които осигуряват синтеза на тъканно-специфични протеини и съответно образуването на определен орган или тъкан.

Използването на стволови клетки в биологията на развитието направи възможно потвърждаването на съществуването на главни гени, които задействат генни каскади, които определят специализацията на цели органи, зародишни слоеве и отделни типове клетки. Този универсален модел е присъщ на всички животни. И така, Drosophila има ген без очи (безочност), който определя развитието на окото. Ако е принуден да работи на необичайно място, тогава очите могат да се появят на корема, на краката, на крилото и на всяко друго място, както е показано на фигура 6. Бозайниците също имат подобен ген Pax6. Въведен в генома на Drosophila, той дава същия ефект като собствения ген на гостоприемника. Всичко това свидетелства за универсалността на действието на главните гени.

Генът pdf-1 действа като тригер, който стартира развитието на панкреаса; генът HOX-11 е отговорен за развитието на далака, генът Crypto е отговорен за развитието на сърцето, а мутациите в гена HOXD13 водят до полидактилия на горните и долните крайници при хората. Главните гени също са известни за отделните зародишни слоеве. Така мутацията на гена casanova блокира развитието на цялата ендодерма, докато гените Brachiury и zeta-globin блокират развитието на мезодермата.

Накрая, според сигнала на съответните главни гени, се образуват специализирани тъкани и видове клетки. Например, генът Wn17 инициира узряването на алвеоларния епител. В нашата лаборатория, съвместно с лабораторията на В. Тарабикин (Университет на Гьотинген), е открита нова група неврогени, необходими за образуването на неврони в петия-шестия слой на кората на главния мозък.

Възможно е определена регулаторна роля в диференциацията на стволовите клетки да играят къси повтарящи се последователности, микро- или минисателити. И така, О.В. Podgornaya откри наличието на протеини, чието специфично свързване с тандемни повторения определя характеристиките на триизмерната организация на хроматина. Както е известно, от тази организация зависи спецификата на работата на гените. Това означава, че състоянието на системата от повтарящи се последователности (тяхната недостатъчна репликация, намаляване или хиперрепликация) може да играе важна роля в диференциацията на стволовите клетки.

Днес е очевидно, че индивидуалното развитие се регулира от йерархично организирана система от генни ансамбли (мрежи). Стволовите клетки помагат да се разберат характеристиките на такава регулация. В тази връзка голям интерес представлява реконструкцията на органни структури in vitro на базата на стволови клетки. Така M. Tomooka и др., получиха структури, подобни на неврална тръба от стволови нервни клетки; Подобни експерименти с дисоциирани хипокампални клетки са проведени в Института за мозъка на Руската академия на медицинските науки от И.В. Викторов. Правят се и опити за отглеждане на клетки в специални колони, за да се получат подобни на органи структури и да се използват в клиниката. Такива изследвания са много обещаващи както за решаване на фундаментални проблеми, така и за практическо приложение в генната и клетъчна терапия.

7. Камбиални клетки

Отдавна е известно, че почти всяка тъкан в тялото има запас от т. нар. камбиални клетки, които попълват нейния клетъчен състав, постоянно се топят от функционално претоварване или заболяване. При толкова голямо внимание към стволовите клетки не е чудно, че камбиалните клетки са забравени. Междувременно камбиалните клетки са пряк участник в процесите на възстановяване в тъканите. Ярък пример за това са клетките на растежния слой на кожата, попълващи постоянно изразходвания резерв от зрели, вече неделящи се клетки на кожата. Още повече, че преди откриването на стволовите клетки се е обсъждал само такъв метод на възстановяване. В нервната тъкан няма камбиални клетки, способни да се възпроизвеждат. Но има резерв от млади клетки - невробласти, които поради своята диференциация компенсират различни дефекти, като по този начин поддържат функционалния капацитет на съответната част от мозъка или периферната нервна система.

Разрешаването на въпросите за връзката между стволовите и камбиалните клетки е от не само фундаментално, но и практическо значение. Изследването на стволови клетки при различни експериментални условия без съмнение ще помогне да се намерят отговори и ще ни позволи да представим в нова светлина фините механизми на възстановителните процеси, протичащи в тялото. Такава работа вече е започнала, по-специално върху стволови клетки от епителната покривка на кожата. Резултатите са противоречиви и предизвикват дискусии.

В този случай трябва да се има предвид, че в най-началната фаза на диференциация са включени няколко програми с различна степен на ефективност и съдбата на клетките все още не е решена еднозначно. Например, в развиващ се невробласт, който се диференцира в катехоламинергична посока, се синтезират не само иРНК за компонентите на катехоламинергичната система, но също така и иРНК за компонентите на холинергичната система. Ако в определен момент от развитието катехоламинергичната мишена, инервирана от дадена клетка, се промени на холинергична, тогава предишният по-интензивен синтез на „катехоламинергични“ РНК ще започне да се забавя и синтезът на „холинергични“ РНК ще преобладава . В резултат на това ще има своеобразно препрограмиране на клетката към нов път на развитие.

Стволовите клетки, открити в бодливия слой на епидермиса на кожата, чиито клетки вече не се делят и активно се специализират, могат просто да бъдат „мигранти“ от фокуса на стволовите клетки. Човек може да срещне такива клетки в диференциращата се автономна нервна система на човешки ембриони. С други думи, ситуацията с "трансформациите" на стволовите клетки и връзката им с камбиалните клетки далеч не е толкова проста, колкото може да изглежда на пръв поглед.

Идеите за клетъчната диференциация с откриването на стволовите клетки не са се променили. Първо, диференциацията на всякакви стволови клетки се извършва съгласно законите, формулирани за клетъчната диференциация като цяло. Това е стойността на стволовите клетки като моделна система. Второ, клетките, включително стволовите клетки, след като са започнали диференциация, губят способността си да се делят, поне в крайните етапи. И накрая, изследването на поведението на стволовите клетки не разклати идеята за стабилността и необратимостта на клетъчната диференциация: невронът никога няма да бъде получен от фиброцит, плазмена клетка или париетална клетка на стомаха, и кожна клетка никога няма да възникне от неврон. Тезата, че стволовата клетка е способна на различни видове трансформации, по никакъв начин не нарушава това правило, а само демонстрира мултипотентността, присъща на ранните ембрионални клетки. На етапа на крайната диференциация клетката придобива стабилно състояние и губи способността си да се дели и да претърпява различни трансформации.

8. Методи за получаване на стволови клетки

Основните методи за получаване на стволови клетки в клетъчната медицина са:

Изолиране и възпроизвеждане на собствени човешки стволови клетки (автоложни стволови клетки);

Стволови клетки от кръв от пъпна връв (плацентарна кръв);

Използване на абортивни материали (фетални стволови клетки).

За перспективно се смята и използването на стволови клетки от мастна тъкан.

Изолирането и запазването на стволови клетки от кръвта от пъпната връв на новородено може да се разглежда като форма на здравно осигуряване или защита. Веднъж получени, стволовите клетки могат да се съхраняват десетилетия. Те могат да бъдат необходими в случай на тежко заболяване.

Стволовите клетки (с редки изключения) не "лекуват" болестта. Тяхната роля е да възстановят костния мозък, кръвта и имунната система на пациента след комбинирано лечение на основното заболяване. Най-големите успехипостигнато чрез лечение със стволови клетки злокачествени новообразувания, системни имунни нарушения и някои метаболитни заболявания.

Регионалните стволови клетки могат да бъдат получени както от ембриони и фетуси, така и от тъкани на възрастен организъм (например костен мозък, периферна кръв). Така в момента, според метода на получаване, се разграничават 2 групи стволови клетки:

1. алогенни стволови клетки (получени от донорски материал),

2. автоложни или собствени стволови клетки.

9. Алогенни стволови клетки

Трансплантацията на фетални чернодробни клетки е извършена за първи път през 1961 г. и досега има достатъчно световен опит в тяхното използване.

Плурипотентните клетки образуват две популации. Първата е маса от клетки, разположени вътре в ембриона и по-късно образуващи различни органи на бъдещия организъм; втората - бъдещите зародишни клетки - първо се намира вътре в жълтъчната торбичка и по-късно мигрира към формиращите се гениталии.

По-късно плурипотентните клетки продължават да се диференцират, превръщайки се в специализирани стволови клетки - мултипотентни. Някои от тях могат да образуват различни кръвни клетки, други - неврони и глиални клетки. нервна система, третият - различни кожни клетки. Въпреки това, използването на материал от фетални клетки може да бъде опасно по отношение на замърсяване от различни инфекциозни агенти(вирусни и микробни инфекции). Известно е също, че стволовите клетки, получени от ембриони и фетуси, когато бъдат присадени в тялото, често започват да експресират свои собствени антигени на хистосъвместимост от клас 2 и впоследствие се унищожават. имунна системаполучател.

10. Автоложни или собствени стволови клетки

Историята на изследването на регионалните стволови клетки започва преди 40 години. Руски учени А.Я. Фриденщайн и И.Л. Чертков описва, че костният мозък се състои от два вида стволови клетки. Една популация, наречена хемопоетични стволови клетки, образува всички видове кръвни клетки. Те могат също да се диференцират в клетки на мозъка, черния дроб и кръвоносните съдове. Втора популация, наречена стромални (мезенхимни) стволови клетки от костен мозък, е описана няколко години по-късно. В сравнение с хемопоетичните, те са много малко в костния мозък и са по-сложни дълготрайни системи, които се актуализират доста рядко. Както показват последните проучвания, стромалните клетки, освен че са в малки количества в различни органи и тъкани, както и прекурсори на кръвни клетки, постоянно циркулират в кръвния поток.

Тези клетки са способни да се диференцират в клетки от хрущял, кост, мускул, мастна тъкан, чернодробна тъкан и кожа. Освен това, те запазват способността за такива трансформации дори когато отглеждат колония от една стромална клетка.

В случай на тежко увреждане тялото няма собствени стромални клетки. Може да се помогне чрез въвеждане на стромални клетки отвън. Тоест, възможно е да се отгледат голям брой стромални клетки и след това с помощта на специални сигнални вещества да се насочат „по правилния път“ - за възстановяване на увредените тъкани.

Стромалните стволови клетки се използват широко за лечение на ревматологични заболявания, в кардиохирургията и ортопедията, в козметичната хирургия, неврологията, кардиологията, диабетологията, реконструктивна хирургия, в регенеративната медицина.

За разлика от ембрионалните стромални стволови клетки, собственият регенеративен резерв на тялото е доказан от природата. Няма риск от имунно отхвърляне на собствените стромални клетки. Използването на стромални клетки също е безупречно от морална и етична гледна точка.

11. Т стр en ° С дете стр миниране и др. стр en ° С разл стр енчи стр овка

Във връзка с необичайно широкия потенциал на стволовите клетки възниква объркване с понятията трансдетерминация и диференциация. В резултат на това се разрушават приетите в хистологията и ембриологията терминологични правила и се създава почва за безплодни дискусии и спекулации.

Наистина, ако трансформацията на стволови клетки в различни посоки се обозначи като трансформация, идеите за стабилността и необратимостта на диференциацията ще бъдат необосновано разрушени, което води до невъобразимо объркване. Всъщност няма причина да се отхвърлят съществуващите възгледи. Съвсем очевидно е, че клетка, която е загубила способността си да се дели и е влязла в определен път на развитие (например невробласт), не може да даде начало на други производни. Препрограмирането на ядрото не е толкова лесно постижимо. Дори трансплантацията му в друга цитоплазма (по-специално при получаване на хетерокариони или при експерименти с ядрена трансплантация) не винаги е успешна.

Регистрираните случаи на трансформация на стволови клетки се отнасят за друго събитие, трансформация. Този процес отдавна е известен в експерименталната ембриология благодарение на работата на изключителния швейцарски ембриолог и генетик Ернст Хадорн. „Трансформацията“ на глиална клетка в неврон, описана в редица произведения, очевидно се обяснява с хетерогенността на популацията на глиоцитите, т.е. някои от тях могат да запазят свойствата на камбиалност, а понякога дори и на „стволовост“ . В този случай откритият феномен не е изненадващ. Например, доказано е, че клетките на така наречената радиална глия, която в ранните етапи на онтогенезата служи като субстрат за миграцията на диференциращите нервни клетки, се превръщат в неврони. По-късно обаче се оказа, че всъщност популацията на радиалните глиални клетки е хетерогенна: някои от клетките съдържат невронни маркери (те впоследствие стават нервни), а други съдържат глиални маркери (те стават глиални). С други думи, въпреки факта, че всички клетки на радиалната глия първоначално изпълняват една и съща времева функция, те вече са решени да се развиват в различни посоки. Това означава, че откритият феномен на тяхната трансформация не е трансформация, а трансформация.

12. Генетичен ° С механизъм за поддръжка на щека стр zhania dete стр мини стр ованного ° С относно ° С стоящ

Един от най-важните общи биологични проблеми, за разрешаването на които стволовите клетки могат да помогнат, е генетичният механизъм за поддържане на определено състояние по време на клетъчното делене и освобождаването им в диференциация. Е. Хадорн го постави сериозно през 50-те години на миналия век, но досега не е разгадан. Наскоро беше възможно да се хвърли малко светлина върху молекулярно-генетичните събития по време на прехода на клетка от определено състояние към диференциация. Нашата сънародничка Наталия Тулина, която работи в САЩ, забеляза, че за такъв преход е много важна връзката на стволовите клетки с клетките - "ниши", към които те "прилягат". По този начин, в тестисите на Drosophila, соматичните клетки на "хъба", които образуват нишата на стволовите клетки, съдържат UPD протеина, който от своя страна активира така наречената Jak-STAT сигнална каскада. Подобреният синтез на UPD в клетките на апикалната област на тестиса води до растеж както на репродуктивни, така и на стволови клетки на тестиса. Поддържането на двата типа клетки изисква участието на компонентите на сигналната каскада Jak-STAT, HOP киназата и транскрипционния активатор STAT92E. Активирането на целия протеинов комплекс се задейства от UPD, който се предава от нишови клетки на стволови клетки. Разкъсването на връзката между тях предизвиква началото на диференциация на стволови клетки, показано на Фигура 7. Остава да се види колко универсален е този механизъм.

13. П стр проблеми на гените и клетките стр апиас

Плури- и мултипотентността на стволовите клетки ги прави идеален материал за трансплантационни методи на клетъчна и генна терапия. Наред с регионалните стволови клетки, които при увреждане на тъканите на съответния орган мигрират към зоната на увреждане, делят се и се диференцират, образувайки на това място нова тъкан, има и „централен склад за резервни части“ – стромални клетки на костния мозък. Тези клетки са универсални. Те очевидно навлизат в увредения орган или тъкан с кръвния поток и там, под въздействието на различни сигнални вещества, произвеждат необходимите клетки вместо мъртви.

По-специално, установено е, че инжектирането на стромални клетки на костния мозък в експериментални животни в областта на увреждане на сърдечния мускул елиминира ефектите от постинфарктна сърдечна недостатъчност. И стромалните клетки, инжектирани в прасета с експериментален инфаркт, след осем седмици напълно се прераждат в клетките на сърдечния мускул, възстановявайки неговата функция. Резултатите от такова лечение на инфаркт са впечатляващи. Според American Heart Society през 2000 г. при плъхове с изкуствено предизвикан инфаркт 90% от стромалните клетки на костния мозък, въведени в сърдечната област, са били трансформирани в клетки на сърдечния мускул.

Японски биолози получиха в лабораторни условия клетки на сърдечния мускул от стромални клетки от костен мозък на мишка. 5-азацитидин беше добавен към културата на стромални клетки и те започнаха да се трансформират в клетки на сърдечния мускул. Такава клетъчна терапия е много обещаваща за възстановяване на сърдечния мускул след инфаркт, тъй като използва собствени стромални клетки. Те не се отхвърлят и освен това с въвеждането на възрастни стволови клетки се изключва вероятността от злокачествената им трансформация.

Терапията със стромални клетки се използва широко в ортопедията. Това се дължи на съществуването на специални протеини, така наречените BMP (костни морфогенетични протеини), които индуцират диференциацията на стромалните клетки в остеобласти (клетки на костната тъкан). Клиничните изпитвания в тази насока показват обещаващи резултати. Например в САЩ на 91-годишен пациент с фрактура, която не е зараснала от 13 години, е имплантирана специална колагенова пластина с апликирани върху нея BMPs. Стромалните клетки, навлизащи в зоната на фрактурата, са „привлечени“ към ламината и под въздействието на HMP се превръщат в остеобласти. Осем месеца след поставянето на такава пластина счупената кост на пациента е възстановена. В момента се провеждат тестове в Съединените щати и скоро в клиниката ще започнат да се използват специални порести гъби, пълни както със стромални клетки, така и с необходимите индуктори, които насочват развитието на клетките по необходимия път.

Голямо значение се отдава на стволовите клетки (по-специално на стромалните клетки) при лечението на различни невродегенеративни и неврологични заболявания - паркинсонизъм, болест на Алцхаймер, хорея на Хънтингтън, церебеларна атаксия, множествена склероза. Група невролози от Американския национален институт по неврологични заболявания и Станфордския университет откриха, че стромалните стволови клетки на костния мозък могат да се диференцират в невронна посока. Това означава, че човешкият костен мозък може да се използва като източник на стволови клетки за възстановяване на увредени тъкани в мозъка. В този случай, очевидно, е възможен не само заместващ, но и трофичен ефект на присадката (това предположение се основава на факта, че положителният ефект на присадката се проявява след две седмици, а заместващият ефект е възможен само след три месеца). Следователно пациентът може да стане свой собствен донор, което ще предотврати реакцията на имунологична тъканна несъвместимост.

Група американски учени, ръководени от Е. Мизи, показаха, че стволовите клетки, където и да са имплантирани, могат да достигнат до увредено място, по-специално до мозъка, и да осигурят възстановителни процеси там. По този начин, след интравенозно приложение на стромални стволови клетки на възрастни мишки, различни неврални производни бяха открити в много области на мозъка (включително неокортекса, хипокампуса, таламуса, мозъчния ствол и малкия мозък). Литературните данни по този проблем обаче са много противоречиви. Въпреки това, ако ретиноевата киселина се добави към културата на стромалните стволови клетки, в тях се откриват невронни маркери. Хирурзи от Харков успешно използваха такива клетъчни култури за лечение на болестта на Паркинсон, като ги въведоха в областта на стриатума.

Такива клетки са използвани от харковски хирурзи за лечение на болестта на Паркинсон.

Опитите за използване на стволови клетки от пъпната връв и плацентата в клиниката също са много обещаващи. Като цяло, за успешна трансплантация на стволови клетки, независимо от областта на приложение, е много важно да се научите как да поддържате тяхната жизнеспособност. Тя може да се увеличи, ако в генома на трансплантираните неврони се въведат гените на невронни растежни фактори, които служат като защита срещу апоптоза. Такива опити се правят в различни лаборатории в САЩ и Европа.

Местните изследователи също постигнаха голям успех в изучаването и практическото използване на стволови клетки. Специалисти от Института по акушерство, гинекология и перинатология на Руската академия на медицинските науки изолираха регионални неврални стволови клетки и за първи път получиха тяхната подробна имунохистохимична характеристика, включително на поточен флуорометър. Експериментите с трансплантация на човешки неврални стволови клетки в мозъка на плъхове показаха тяхното присаждане, миграция на доста големи разстояния (няколко милиметра) и способността за диференциране, което до голяма степен се определяше от микросредата на присадката. Например, когато човешки невронни клетки се трансплантират в областта на малкия мозък на плъх, където се намират клетките на Пуркиние, те се развиват в посока на този конкретен тип клетки. Това се доказва от синтеза в тях на протеина калбиндин, специфичен продукт на клетките на Пуркиние.

Интересна съвместна работа осъществиха служители на три академични научни институции – Института по генна биология, Института по биология на развитието и Института по молекулярна биология. При трансплантиране на части от ембрионална нервна тъкан на Drosophila в мозъка на плъх беше забелязано, че около присадката не се образува белег. Оставаше да разберем на какво се дължи това. С помощта на доста фини експерименти беше възможно да се установи, че образуването на белег се предотвратява от протеини на топлинен шок, които се синтезират в клетките на Drosophila при телесната температура на бозайниците. Това означава, че добавянето на ксенотрансплант (тъкан на Drosophila) към ембрионалната нервна тъкан на плъх спасява алографта от нахлуването на белег. Така стана възможно използването на протеини от топлинен шок в клетъчна и генна терапия за различни заболявания.

Такива изследвания ще направят възможно създаването на генно инженерни конструкции за трансформация на стволови клетки, предназначени за трансплантация. Тези структури ще спомогнат за по-доброто присаждане на присадката, ще увеличат нейната жизнеспособност и специализацията на съставните й клетки.

Необходимо е да се сравнят и внимателно анализират резултатите от трансплантацията на стволови клетки под формата на цели или дисоциирани невросфери в клетки и да се разработи подходящ протокол за клинична употреба.

Въпреки това е невъзможно да не се каже, че доста реномирани лаборатории дават много скептични отговори на такива работи и предупреждения за необходимостта от внимателно тълкуване на получените данни. Представени са факти, показващи, че стволовите клетки не се диференцират след трансплантацията си, а се сливат със специализирани гостоприемни клетки, създавайки вид на собствена диференциация. Някои автори смятат, че стромалните клетки на костния мозък са способни да се трансформират само в хрущялни и костни клетки и когато се инжектират в реципиента, те могат да се установят там, откъдето са „дошли“, т.е. в костния мозък, във връзка с което се поставят под въпрос перспективите за използването им в клетъчната терапия. Очевидно са необходими допълнителни сериозни изследвания, за да се отговори на поставените въпроси и повдигнатите възражения.

Заключение

Един от откривателите на структурата на ДНК, Джеймс Уотсън, коментирайки откриването на стволови клетки, отбеляза, че устройството на стволовата клетка е уникално, тъй като под въздействието на външни инструкции тя може да се превърне в ембрион или в линия от специализирани соматични клетки.

Всъщност стволовите клетки са прародителите на всички видове клетки в тялото без изключение. Те са способни на самообновяване и най-важното е, че в процеса на делене образуват специализирани клетки от различни тъкани. Така всички клетки в нашето тяло възникват от стволови клетки.

Стволовите клетки обновяват и заместват клетки, загубени в резултат на всякакви увреждания във всички органи и тъкани. Те са предназначени да възстановяват и регенерират човешкото тяло от момента на неговото раждане.

Потенциалът на стволовите клетки тепърва започва да се използва от науката. Учените се надяват в близко бъдеще да създадат от тях тъкани и цели органи, от които пациентите се нуждаят за трансплантация, за да заменят донорските органи. Предимството им е, че могат да се отглеждат от клетките на самия пациент и няма да предизвикат отхвърляне.

Нуждите на медицината от такъв материал са практически неограничени. Само 10-20 процента от хората се излекуват чрез успешна трансплантация на органи. 70-80 процента от пациентите умират без лечение в списъка на чакащите за операция.

Така стволовите клетки в известен смисъл наистина могат да станат „резервни части“ за нашето тяло. Но за това изобщо не е необходимо да се отглеждат изкуствени ембриони - стволовите клетки се намират в тялото на всеки възрастен.

Може да се надяваме, че сега няма да се налага да се използват човешки ембриони за получаване на плурипотентни клетки, което премахва много етични проблеми, свързани с практическото използване на ембрионални стволови клетки.

През следващите 20 години биологията ще дешифрира как планът на структурата на тялото е опакован в една клетка. Сега правим първите стъпки за преосмисляне на нашите биологични възможности и резерви.

Още днес стволовите клетки се използват успешно при лечението на тежки наследствени и придобити заболявания, заболявания на сърцето, ендокринната система, неврологични заболявания, заболявания на черния дроб, стомашно-чревния тракт и белите дробове, заболявания на пикочно-половата и опорно-двигателния апарат, кожни заболявания.

Списък на източниците

1. Корочкин Л.И. Биология на индивидуалното развитие: Учебник. Помощ - М., 2002. - 375 с.

2. Репин V.S. Ембрионални стволови клетки: фундаментална биология и медицина / V.S. Репин, А.А. Ржанинова, Д.А. Шаменков. - М., 2002. - 247 с.

3. Репин V.S. Медицинска клетъчна биология / V.S. Репин, Г.Т. Сухих - М., 1998. - 280 с.

4. Глик Б. Молекулярна биотехнология / Б. Глик, Й. Пастернак - М., 2001. - 255 с.

5. Белоконева О.В. Майката на всички клетки // Наука и живот. - 2001. - № 10. - С. 6–7

6. Гриневич В.Н. Нервните клетки се възстановяват // Наука и живот. - 2004. - № 4. - С. 22–25

стволови клеткие незряла клетка, способна да се самообновява и развива в специализирани клетки на тялото. Милиарди клетки в растящ организъм (човек или животно) произлизат само от една клетка (зигота), която се образува в резултат на сливането на мъжки и женски гамети. Тази единична клетка съдържа не само информация за организма, но и диаграма на неговото последователно развитие. По време на ембриогенезата оплодената яйцеклетка се дели и поражда клетки, които нямат друга функция освен прехвърлянето на генетичен материал към следващите клетъчни поколения. Това са ембрионални стволови клетки (ЕСК), чийто геном се намира в "нулевата точка"; механизмите, които определят специализацията, все още не са включени и всякакви клетки могат потенциално да се развият от тях.

При възрастен организъм стволовите клетки се намират главно в костния мозък и в много малки количества във всички органи и тъкани. Те осигуряват възстановяване на увредените участъци от органи и тъкани. Стволовите клетки, получили сигнали от регулаторните системи за някаква "неизправност", се втурват през кръвта към засегнатия орган. Те могат да поправят почти всяка повреда, превръщайки се на място в необходимите за тялото клетки (кости, гладки мускули, черен дроб, сърдечен мускул или дори нервни клетки) и стимулирайки вътрешните резерви на тялото за регенериране (възстановяване) на орган или тъкан.

Силно диференцираните клетки (кардиомиоцити, неврони) практически не се делят, докато по-малко диференцираните клетки - фибробласти, хепатоцити частично запазват способността си да се възпроизвеждат и при определени условия се делят и увеличават броя си. Общият модел е, че ако една клетка е достигнала етапа на диференциация, тогава броят на деленията, през които тя може да премине, е ограничен. Така например за фибробласт границата на делене е 50 деления, за кръвна стволова клетка -100. Описаното явление е биологично значение: ако има срив в клетъчния геном, мутацията ще се репликира в ограничено количество и няма да играе голяма роля за организма като цяло.

Тялото на възрастен е много малко. Поради това се случва, че тялото вече не е в състояние да обнови изгубените клетки самостоятелно: или лезията е твърде голяма, или тялото е отслабено, или възрастта не е същата. Възможно ли е да се помогне на пациент да се възстанови от цироза, инсулт, парализа, диабет и редица заболявания на нервната система? Вече днес учените са в състояние да насочат стволовите клетки "по правилния път". Напредъкът в тази област на клетъчната медицина прави терапевтичните приложения на стволовите клетки практически неограничени.

Известно е, че всеки човек произлиза от баща и майка, или по-скоро от комбинацията от яйцеклетката на майката и спермата на бащата в процеса на забавление. Тоест произходът на всичко, което имаме - кожа, мускули, линия на косата, вътрешни органи, дължим го на две клетки, обединени в една – зигота.

По време на ембриогенезата зиготата се дели и поражда клетки, които нямат друга функция освен преноса на генетичен материал към следващите клетъчни поколения. Това са ембрионални стволови клетки. Геномът на тези недиференцирани клетки е в "нулевата точка", механизмите, които определят специализацията, все още не са включени. Това са анонимни клетки, клетки "без име и бащино име". От тях се развиват всички силно диференцирани клетки на тялото (кардиомиоцити, неврони и др.).

След разпределението на задълженията помежду си, силно диференцираните клетки се затварят за по-нататъшно редактиране и могат да бъдат достъпни само за „четене“, всяка в определен формат: нервната клетка е само нервна клетка, която не може да участва в създаването на епителни тъкан или влизат в състава на миокарда и т.н. Клетките на възрастен организъм се характеризират с каста: всяка група изпълнява своята работа и не пречи на дейността на клетките от друга група. В същото време някои стволови клетки все още успяват да се изплъзнат от сигурността и остават достъпни за по-нататъшно редактиране само в случай на спешност. В зависимост от нуждите и стремежите те могат да се превърнат във всяка силно диференцирана клетка на тялото, тоест стволовите клетки са универсален строителни материали, от което расте всичко, "всичко": от невроните на мозъка и кръвни клеткикъм тъканните клетки, покриващи червата и други вътрешни органи.

Докато човешкото тяло е добре, стволовите клетки свободно и независимо „скитат“ из неговите простори, безкрайно се дублират под въздействието на определен ген. Те са безработни. И веднага щом стволовите клетки получат генетичен сигнал на „трудовата борса“ (неизправност, увреждане на тъкан или орган), те се втурват през кръвния поток към засегнатия орган. Те могат да намерят почти всяка повреда, превръщайки се на място в необходимите за тялото клетки (кости, гладка мускулатура, черен дроб, нерв).

Човешкото тяло съдържа приблизително 50 милиарда стволови клетки, които редовно се актуализират. С годините броят на такива живи "кир-пичици" намалява - всичко е достъпно за тях повече работаи няма кой да ги замести. Те започват да избледняват до 20-годишна възраст, а на 70 остават доста. Освен това стволовите клетки на възрастен индивид вече не са толкова универсални - те все още могат да се превърнат в кръвни клетки, но вече не могат да се превърнат в нервни клетки. В това отношение до напреднала възраст човек започва да прилича на сушен плод.

Изкуственото въвеждане на стволови клетки в тялото помага да се заменят мързеливи, изтощени или болни телесни клетки, за да продължи активен живот. Още днес учените могат да получат стволови клетки, да ги култивират и насочат по „правилния път“. Напредъкът в областта на клетъчната медицина прави възможностите за терапевтично използване на стволови клетки почти неограничени. Имаше реална надежда за излекуване на огромен брой от голямо разнообразие от заболявания.

Какви източници на стволови клетки се използват за тези цели днес? „Спасяването на давещите се е дело на самите давещи се“, така че човек може сам да стане донор на стволови клетки. Повечето от тях са в костния мозък на таза. Стромалните стволови клетки се извличат от там чрез пункция. След това в лабораторни условия те се мобилизират по специален начин, изграждат се и се инжектират обратно в тялото, където с участието на специални сигнални вещества се изпращат до „болното място“. Трябва да се отбележи, че дори от една стромална клетка могат да се отглеждат колонии. И абсолютно невероятна метаморфоза - стромалните стволови клетки могат така да "забравят" за произхода си от костния мозък, че под въздействието на определени фактори се превръщат в нервни клетки (неврони) или клетки на сърдечния мускул.

Доказано е, че 2 седмици след добавянето на специално сигнализиращо вещество към културата на стромални клетки, те вече са 80% съставени от неврони. 90% от стромалните клетки, въведени в зоната на инфаркта, напълно се дегенерират в клетки на сърдечния мускул, възстановявайки почти напълно функциите на миокарда. Въпреки това, стромалните клетки на възрастен организъм имат ограничена функционалност, т.е. тяхната възможна тъканна специализация е ограничена в една или друга степен. Освен това всички възрастни стволови клетки са каталогизирани и маркирани със специален печат: „мои“. Така че донорството в тази област е изпълнено с появата на конфронтация, наречена „присадка срещу домакин“.
Вторият източник на стволови клетки е кръвта от пъпната връв, събрана след раждането на дете. Тази кръв е много богата на стволови клетки. Чрез вземане на тази кръв от пъпната връв на детето и поставянето й в криобанка (специално хранилище), стволовите клетки могат по-късно да бъдат използвани за възстановяване на почти всяка тъкан и орган на този индивид. Също така е възможно тези стволови клетки да се използват за лечение на други пациенти, при условие че са антиген съвместими. Американски учени са получили стволови клетки от човешката плацента (там техният брой е 10 пъти повече, отколкото в кръвта от пъпна връв), които могат да се трансформират в кожни, кръвни, мускулни и нервни клетки. Създаването на хранилище за кръв от пъпна връв и плацентарен материал обаче е скъпо. В Русия практически няма такива криобанки.

Източникът на друг вид стволови клетки, феталните стволови клетки, е абортираният материал от 9-12 седмица от бременността. Този източник е най-често използваният. Но освен етични и правни търкания, феталните клетки понякога могат да причинят отхвърляне на трансплантант. В допълнение, използването на нетестван абортивен материал е изпълнено с инфекция на пациента с вирусен хепатит, СПИН, цитомегаловирус и др. Ако материалът е диагностициран за вируси, цената на метода се увеличава, което в крайна сметка води до увеличаване на цената на самото лечение.

Лигавицата на назофаринкса може да бъде източник на стволови клетки. В него преобладават частично специализирани стволови клетки, които могат да се превърнат в клетки на нервната тъкан - неврони и глиални клетки. Тези клетки са подходящи за лечение на заболявания на главния и гръбначния мозък. Въпреки това, приложимостта на тези клетки за заместване на други, различни от нервните клетки, изисква допълнителни изследвания. Освен това извличането и съхранението на този материал е доста трудоемко.

Мезенхимните стволови клетки се намират в мастната, хрущялната и мускулната тъкан. Понастоящем е много обещаващо да се изолират тези клетки от мастна тъкан, получена чрез липосукция.

И накрая, друг източник на стволови клетки е бластоциста, която се образува до 5-6-ия ден от оплождането. Това са ембрионални стволови клетки. Те са най-универсалните в сравнение със стволовите клетки на възрастни и могат да се диференцират в абсолютно всички видове клетки в тялото. Положителната страна на използването на тези универсални стволови клетки е фактът, че те нямат "моен" печат: клетките, така да се каже, не принадлежат на никого и не изпълняват никакви специални функции и следователно, когато се инжектират , няма реакция на отхвърляне. Дори ако ембрионалните стволови клетки са взети от друг организъм, те не се отхвърлят, тъй като на тяхната повърхност все още няма антигени на хистосъвместимост.

Ембрионалната стволова клетка е мека и гъвкава като пластелин и, за разлика от стволовите клетки на възрастни, може да се трансформира във „всичко“ без никакви ограничения. Освен това ембрионалната стволова клетка има уникална система за самоконтрол: тя активно се възпроизвежда, но щом възникне грешка по време на деленето, на клетката се дава команда да се самоубие. Така че заплахата от рак при използване на ембрионални стволови клетки е малко вероятна. Въпреки това, даден източникстволовите клетки имат своите недостатъци: първо, в Русия няма събиране на човешки стволови клетки, и второ, използването на ембрионален материал се възприема негативно от религиозни и консервативни граждани, тъй като медицинските аборти са източникът на такива клетки.

Противниците на ембрионалната клетъчна терапия смятат за неетично използването на абортирани фетуси, наричайки го посегателство върху човешкия живот, дори ако този неоформен живот ще спаси някого от сигурна смърт. Противниците на метода смятат, че използването на човешки ембриони за получаване на стволови клетки може да тласне жените към един вид бизнес - аборт, за да получат пари в замяна на ембрион, особено след като трансплантацията на стволови клетки сега се смята за една от най-обещаващите в медицинската индустрия.

Гореизложеното накара учените да се заемат с изследването на стволови клетки, получени от 3-седмичен ембрион на черна овца. Специалисти от клиниката Medileen публикуваха проучвания, потвърждаващи тяхната плурипотентност, т.е. способността да образува много, но не всички видове клетки. Стволовите клетки, изолирани от ембрион на черна овца, при определени условия на култивиране, са в състояние да се диференцират първо в нервни клетки, а след това в астроцити. При трансплантация на прясно изолирани овчи клетки на пациенти с чернодробна недостатъчност беше показано, че донорните клетки активно се вкореняват и се диференцират в хепатоцити. Нивото на репопулация на черния дроб на реципиента е 81%. Активното функциониране на тези клетки в този случай е отбелязано повече от година със стабилно ниво на синтез на албумин. Концентрацията на стволови клетки в прицелните органи е 60–87%. Подобни изследвания опровергават мнението на редица местни учени за невъзможността тези ембрионални стволови клетки да бъдат присадени на хора.

Трябва да се подчертае, че гореспоменатите стволови клетки са получени от „чиста линия“ животни: много поколения от този вид са отгледани в лаборатория, преминали са под сериозен контрол за липса на бактерии и вирусоносители, имунни и наследствени заболявания. Тези стволови клетки са лишени от видова специфичност (видови антигени) и не предизвикват реакции на имунно отхвърляне. Качеството на присадката при използване на овчи ембрионални стволови клетки се подобрява поради факта, че те са обогатени със "сигнални агенти" (т.нар. реферален фактор). В резултат на това стволовите клетки са способни да се свързват само с определен тип увредени тъкани, възстановявайки тяхната функция в случай на увреждане. Всичко по-горе ни позволява да говорим за друга обещаваща посока на клетъчната терапия при лечението на тежки дегенеративни заболявания.

академик Руска академияДоктор на медицината, член-кореспондент на Руската академия на науките В. СМИРНОВ, директор на Института по експериментална кардиология на Кардиокомплекса на Министерството на здравеопазването на Руската федерация.

През последните години се появи ново направление в медицината, което обещава на хората лек за много сериозни заболявания. Това е изследване на така наречените стволови стромални клетки, открити в костния мозък. Те осигуряват възстановяване на увредените участъци от органи и тъкани. Стромалните клетки, след като са получили сигнал от централната нервна система за някаква "неизправност", се втурват през кръвния поток към засегнатия орган. Те лекуват всяка рана, превръщайки се на мястото на нараняване в клетки, необходими на тялото: кости, гладки мускули, черен дроб, сърдечен мускул или дори нервни клетки. Но предлагането на стромални клетки не е неограничено. Следователно се случва, че тялото вече не е в състояние да обнови изгубените клетки самостоятелно: или лезията е твърде голяма, или тялото е отслабено, или възрастта не е същата ... Възможно ли е да се помогне на пациента се възстанови напълно от цироза, инсулт, парализа ...? Вече днес учените са в състояние да насочат стромалните клетки "по правилния път". Напредъкът в тази област на клетъчната биология прави терапевтичните приложения на стромалните стволови клетки практически неограничени.

Съставът на стволовите клетки - предшествениците на всички клетки на тялото.

Руският учен Александър Яковлевич Фриденщайн (1924-1998), който инициира изследването на стромалните стволови клетки на костния мозък.

Стромалните стволови клетки на костния мозък са способни да се трансформират в много други клетки в тялото.

Мишките бяха индуцирани до инфаркт и след това 1-5 часа по-късно бяха направени две инжекции от стромални клетки в инфарктната област.

Костна аугментация след отстраняване на остеосаркома с помощта на плоча, върху която се прилага специален протеин (костен морфогенен протеин), който превръща стромалните клетки, циркулиращи в кръвта, в клетки на костната тъкан.

Стволовите клетки са предшественици на телесните клетки

Искам да говоря за клон на медицината, където, незабелязано от повечето учени и лекари, в близко бъдеще се очаква феноменален, грандиозен пробив в лечението на много заболявания, които днес са практически нелечими.

Стволовите клетки са предшествениците на всички телесни клетки. При различни условия те могат да се превърнат в други клетки. Повечето възрастни стволови клетки се намират в костния мозък. Както знаете, костният мозък, на първо място, е трамплин за хематопоезата. Състои се от два вида стволови клетки: тези, от които се получава цялото известно разнообразие от кръвни клетки (т.нар. хемопоетични стволови клетки), и стромални стволови клетки, за които ще стане дума. Освен в костния мозък, малък брой стволови клетки (т.нар. тъканни стволови клетки) се намират директно в тъканите: мускулни (миобласти), костни (остеобласти) и др.

В хемопоетичната система има много стволови клетки, те са прости по структура, добре проучени, постоянно се обновяват и начините за превръщането им в кръвни клетки отдавна са известни.

Но читателите почти не са чували за стволови стромални клетки от костен мозък. В сравнение с хемопоетичните, те са много малко в костния мозък и са по-сложни дълготрайни системи, които се актуализират доста рядко. Пътищата на трансформация на стромални клетки тепърва започват да се изучават. Както показват последните проучвания, стромалните клетки, както и прекурсорите на кръвните клетки, постоянно циркулират в кръвния поток на бозайниците.

Преди около 30 години основите на науката за стромалните клетки бяха положени от съветски учен Александър Яковлевич Фриденщайн (починал преждевременно през 1998 г.), който работи в Научноизследователския институт по епидемиология и микробиология на името на почетния академик Н. Ф. Гамалея на Руската академия на Медицински науки и Йосиф Лвович Чертков, който все още работи в Хематологичния център RAMN. Сега много изследователи премълчават имената на основателите, но тук и на Запад има достойни хора, които безусловно признават приоритета на тези учени в откриването на стромални клетки. През 1999 г. стромалните клетки бяха "открити" от американски учени, след което броят на произведенията в тази област на клетъчната биология започна да расте като лавина. И не е чудно - в крайна сметка стромалните клетки могат да бъдат изключително полезни за клиничната медицина.

Стволовите клетки участват в възстановяването на увредените тъкани

Как здравият възрастен организъм възстановява органите и тъканите в случай на увреждане? Еволюцията не се ли е погрижила за излизане от екстремни ситуации? Тялото трябва да извърши и, разбира се, извършва регенерацията на увредените тъкани. И той прави това с помощта на клетки, от които могат да се получат всякакви други клетки - стволови клетки.

Установено е, че в регенерацията участват два вида стволови клетки - специализирани тъканни и универсални стромални клетки на костния мозък.

Не напразно мъдрата природа наред с „локалните депа“ (тъканни стволови клетки) създаде и „централен склад за резервни части“ (стромални клетки на костния мозък). Ако тъканните стволови клетки се използват за възстановяване на увредени участъци само в това мястои за определен тип тъкан (кости - за кости, мускули - за мускули и т.н.), тогава "резервните части на централния склад" - стромалните стволови клетки на костния мозък - са универсални. Те навлизат в увредения орган или тъкан с кръвния поток и на място под въздействието на различни сигнални вещества се превръщат в необходимите специализирани клетки, които заместват мъртвите.

Всяка клетка може да бъде отгледана от стромални клетки на костен мозък

Още през 60-те години Фриденщайн и неговите колеги в експерименти върху животински клетки показаха, че стромалните клетки могат да се превърнат в хрущялни (хондроцити), мастни (адипоцити) и костни (остеобласти) клетки. Освен това, те запазват способността за такива трансформации дори когато отглеждат колония от една стромална клетка. Тоест, принципно е възможно да се отгледат голям брой стромални клетки и след това с помощта на специални сигнални вещества да се насочат "по правилния път" - да се възстановят увредените тъкани.

В случай на тежко увреждане тялото няма собствени стромални клетки. Може да се помогне чрез въвеждане на стромални клетки отвън. Италиански учени поставиха прост експеримент: костният мозък беше напълно отстранен от мишки чрез облъчване, след което бяха инжектирани специално маркирани стромални клетки. Няколко дни по-късно на животните е дадено лекарство, което започва да разрушава мускулите на предните им крака. Две седмици след инжектирането на стромални клетки, мускулната тъкан на предните лапи на мишки частично се възстанови. Оказа се, че повечето от новите мускулни клетки са образувани от въведените стромални клетки. Очевидно стромалните клетки се приближават до мястото на увреждане, където получават "химически сигнал" за това в какви клетки трябва да се превърнат, за да компенсират загубите на тялото. Освен това учените са успели да "принудят" стромалните клетки под въздействието на специални сигнални вещества да се превърнат в гладкомускулни клетки директно "in vitro".

Оказа се, че въвеждането на стромални клетки от костен мозък в зоната на увреждане на сърдечния мускул (зоната на инфаркта) почти напълно премахва явленията на постинфарктна сърдечна недостатъчност при опитни животни. По този начин стромалните клетки, инжектирани на прасета с инфаркт, напълно се израждат в клетки на сърдечния мускул след осем седмици, като възстановяват функциите си почти напълно.

Резултатите от такова лечение на инфаркт при животни са просто невероятни. Според Американската сърдечна асоциация (Американското дружество по кардиология) за 2000 г., при плъхове с изкуствено предизвикан инфаркт, 90% от стромалните клетки на костния мозък, въведени в областта на сърцето, напълно се дегенерират в клетки на сърдечния мускул.

Японски учени получиха клетки на сърдечния мускул от стромални клетки от костен мозък на мишка направо в лабораторията: към културата на стромалните клетки беше добавено специално вещество (5-азоцитидин) и като по магия те започнаха да се превръщат в клетки на сърдечния мускул.

Такава клетъчна терапия за възстановяване на увреждане на сърдечния мускул след инфаркт е много обещаваща, тъй като използва собствените стволови стромални клетки на тялото. И те не се отхвърлят, освен това с въвеждането на възрастни стволови клетки се изключва вероятността от тяхното злокачествено израждане.

И абсолютно невероятна метаморфоза - стромалните клетки могат така да "забравят" за произхода си от костен мозък, че под въздействието на определени фактори дори се превръщат в нервни клетки (неврони). Две седмици след добавянето на специално сигнализиращо вещество към културата на стромални клетки, те вече са 80% съставени от неврони! Това все още е само постижение от "епруветка", но дава надежда за излекуване на пациенти с тежки поражения на гръбначния и главния мозък. Особено след като (както показаха много изследователи), когато техните собствени стромални клетки от костен мозък се въвеждат в човешкия гръбначен канал, те се разпределят равномерно във всички части на мозъка, без да нарушават структурата му.

Изключително важен експеримент е проведен от американски изследователи. Мишките бяха изкуствено предизвикани да получат инсулт, след което собствените им стромални клетки бяха инжектирани в гръбначния канал. В 100% от случаите мишките са имали частично възстановяване двигателна активносткрайници. Резултатът е обещаващ, така че не е изненадващо, че системата на Националния институт по здравеопазване на САЩ отдели огромни средства за разработване на проблема с превръщането на стромалните клетки в неврони. Инсултът е често срещано и все още нелечимо заболяване.

Стромалните клетки се превръщат в чернодробни клетки. Установено е, че при увреждане на черния дроб нови чернодробни клетки (хепатоцити) и техните прекурсори се образуват главно от донорни стромални клетки на костен мозък.

Нашите собствени изследвания, проведени в Института по експериментална кардиология в групата на Ема Львовна Соболева, показаха, че такова често срещано заболяване като атеросклерозата води до увеличаване на потока на стромалните клетки на костния мозък в кръвния поток, а оттам в зоните на уплътнения (липопротеинови плаки) по стените на съдовете. Очевидно точно затова при пациенти с атеросклероза (както показва работата, извършена съвместно с групата на проф. Р. С. Акчурин), костният мозък е обеднен на стромални клетки. Може би тялото "изпраща" стромални клетки, за да поправят съдовите увреждания. И те "лекуват" увреждане, превръщайки се в клетки от костна или хрущялна тъкан. Тогава осификацията на съдовете, наблюдавана при атеросклероза, е нормална реакция на стромалните клетки към неизправности в съдова система. Дали това е вярно или не, ще покажат допълнителни изследвания.

стромални клетки в клинична практика- вече е реалност

В терапевтичното използване на стромални клетки днес, без съмнение, ортопедията е водеща. Факт е, че лекарите имат уникални вещества в ръцете си: специални протеини, така наречените костни морфогенни протеини (BMP), които причиняват трансформацията на стромалните клетки в клетки на костната тъкан (остеобласти). На изследователите им отне почти четвърт век, за да изолират и проучат свойствата на BMP. Резултатите от клиничните изпитвания са впечатляващи. В САЩ на 91-годишен пациент с фрактура, която не е зараснала в продължение на 13 години, е имплантирана специална колагенова пластина с апликирани върху нея BMPs. В същото време стромалните клетки, влизащи в зоната на фрактурата, бяха „привлечени“ към плочата и под действието на BMP започнаха да се трансформират в клетки от костна тъкан. Осем месеца след поставянето на плочата счупената кост на пациента е практически възстановена.

В Съединените щати последният етап на тестване вече е в ход и скоро специални порести гъби, пълни както със стромални клетки, така и с BMP, скоро ще бъдат широко използвани в клиниките. Поставяйки такива чудотворни гъби на увредено място (зона на фрактура или празнина след отстраняване на остеосаркома), е възможно да се запълни липсващата празнина с дължина до 25 сантиметра в рамките на два месеца.

Освен това се работи за интегриране на BMP гена в стромалните клетки. Това означава, че след като се дегенерират в костни клетки, те ще могат сами да произвеждат протеин - BMP, който инициира процеса на превръщане на стромалните клетки в костни клетки.

Интересен експеримент с използване на тъканни стволови клетки е проведен от американски изследователи. Те са отгледали стволови клетки от мускулна тъкан (миобласти) от бедрените мускули на 72-годишен пациент с инфаркт. След това тези клетки се инжектират директно в областта на инфаркта, след което пациентът показва значително подобрение в контрактилитета на сърцето.

Източници на стромални клетки за рехабилитационна терапия

Така че в здраво тяло наистина има универсален механизъм за лечение на наранявания, използвайки вътрешния клетъчен резерв - стромалните клетки на костния мозък. Тези клетки могат да се превърнат във всякакви други клетки, удряйки съответната част на тялото. Стромалните клетки започват да навлизат в увредената област, когато получат съответния сигнал от централната нервна система. Достигайки мястото на увреждане, те се превръщат в липсващите клетки на увредената тъкан под действието на определени сигнални молекули. Но съхранението на стромални клетки не може да бъде неизчерпаемо. След като обширните увреждания бъдат излекувани, костният мозък се „изпразва“ и с възрастта доставката на стромални клетки намалява значително.

Как на практика да се извърши възстановяването на увредени клетки? Къде мога да получа препарат от моите собствени стромални стволови клетки от костен мозък? В края на краищата, когато нещо вече се е случило с човек - например, той си е счупил крака или е оцелял от инфаркт - вече е твърде късно да се избере костният мозък и да се отгледа култура от стромални клетки от него за последващо инжектиране в засегнатия ■ площ. И да убеди човек да дари проба от костен мозък, за да получи култура от стромални клетки от него "за всеки случай" е доста трудно. Ограничаващият фактор при лечението на стромалните клетки е времето. Когато настъпи инфаркт, вашите собствени или съвместими клетки са необходими незабавно и в големи количества.

Днес срещу 75 долара американски студенти даряват 20 милилитра гръбначен мозък от лумбален. Но получените по този начин клетки се използват само за научни изследвания.

Необходимо ли е създаването на индивидуални или донорски банки от стромални клетки за възстановителната медицина на бъдещето? Без съмнение. По принцип не е трудно да се намерят донори. Има и друг проблем. Когато се раждаме, имаме една стромална клетка на всеки 10 000 хемопоетични стволови клетки в нашия костен мозък. Подрастващите имат 10 пъти по-малко стромални клетки. До 50-годишна възраст има една стромална клетка на половин милион стволови клетки, а на 70-годишна възраст е просто безсмислено да се взема проба от костен мозък - има само една стромална клетка на милион стволови клетки. Тоест даряването на костен мозък има смисъл само при ранна възраст, старите хора ще трябва да използват култури от стромални клетки на други хора. Освен това е най-удобно да се получават донорски стромални клетки директно при раждането от пъпната връв и плацентата, където те също се съдържат в достатъчни количества.

Съвсем наскоро бяха публикувани поразителни данни: стромални клетки могат да бъдат получени от клетки на мастната тъкан (адипоцити). Адипоцитите, както се оказа, не са далеч от своите предшественици и с помощта на специални вещества те могат да бъдат сравнително лесно „върнати“. А набавянето на мастни клетки изобщо не е проблем. Липосукцията (отстраняването на мазнини) вече е широко разпространена във всички цивилизовани страни.

Може да се очаква, че пъпната връв, плацентата и мастната тъкан ще станат индустриални източници на стромални клетки в близко бъдеще.

Стромалните клетки са в основата на бъдещата рехабилитационна терапия

Вестници и списания (все пак през по-голямата частчужди) са пълни с информация за стволови клетки. Но не за стромални, а за ембрионални. Това са клетките на човешкия плод, които имат способността да образуват повече от двеста вида тъкан.

Въпреки това изследванията в областта на ембрионалните стволови клетки в много страни вече са „замразени“. Една от причините е, че въвеждането на ембрионални клетки в пациента, за съжаление, понякога води до появата на злокачествен тумор. Друга причина е етична. Основният източник на ембрионални клетки са медицинските аборти. Католическата църква, религиозните общности, различни обществени организации - всички, които се борят за забраната на абортите, оказват огромен натиск върху правителства и президенти, призовавайки за забрана наред с абортите и лечението с ембрионални стволови клетки. Етичните въпроси са направили лоша услуга на изследването на ембрионалните клетки, но в същото време са привлекли нови научни сили към изследванията в областта на стволовите клетки на възрастни.

За разлика от ембрионалните стромални стволови клетки, собственият регенеративен резерв на тялото е доказан от природата. Няма риск от имунно отхвърляне на собствените стромални клетки и възможността за злокачествената им трансформация е минимална. Използването на стромални клетки също е безупречно от морална и етична гледна точка. Ето защо стромалните клетки трябва да бъдат гръбнакът на регенеративната медицина през следващия век.