Что такое стволовые клетки. Растительные стволовые клетки

Стволовыми клетками называют клетки-предшественники, из которых образуются при необходимости все другие типы клеток, составляющие различные органы и ткани человека. Термин "стволовая клетка" впервые ввел в 1908 году русский гематолог из Санкт-Петербурга А. Максимов. Значительный объем исследований стволовых клеток проведен биологами А. Фриденштейном и И. Чертковым в России, в 60-х годах прошлого века. Именно они открыли мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в костном мозге, обладающие уникальной регенерационной способностью. Отличие эмбриональных и мезенхимальных стволовых клеток заключается в том, что первые могут быть получены на ранней стадии развития эмбриона человека (из внутренней массы бластоцисты - оплодотворенной яйцеклетки - или из зачатков половых органов на самых ранних этапах развития, буквально в первые дни), а вторые встречаются в течение всей жизни человека во всех его органах и тканях. Эмбриональные СК значительно активнее мезенхимальных, обладают более высокой способностью размножения, большим потенциалом дифференцировки. Помимо мезенхимальных СК выделяют еще гемопоэтические клетки - предшественники клеток крови. Они встречаются в кровеносном русле в отличие от мезенхимальных, которые в крови циркулируют только при серьезных повреждениях организма.

Стволовые клетки способны восстанавливать кроветворение у облученных животных (радиозащитное действие), длительно поддерживать кроветворение и образовывать колониеобразующие единицы селезенки (двенадцатидневные селезеночные колонии), дающие начало гранулоцитарным, моноцитарным, эритроидным, мегакариоцитарным и лимфоидным колониям. Все клетки гемопоэтического происхождения образуются из примитивных стволовая кроветворная клеток (пСКК), локализованных в костном мозге и дающих начало клеткам четырех основных направлений дифференцировки:

эритроидного (эритроциты),

мегакариоцитарного (тромбоциты),

миелоидного (гранулоциты и моноядерные фагоциты)

лимфоидного (лимфоциты).

Дивергенция общего стволового элемента происходит на самом раннем этапе костномозговой дифференцировки.

Антигенпрезентирующие клетки в основном, но не исключительно, развиваются из миелоидных клеток-предшественников.

Клетки миелоидного и лимфоидного ряда наиболее важны для функционирования иммунной системы.

Лимфопоэтическая своловая клетка определяет две самостоятельные линии развития, приводящие к образованию Т-клеток и В-клеток.

Первая образующаяся из ГСК клетка-предшественник представляет собой колониеобразующуюся единицу (КОЕ) , которая определяет линии развития, приводящие к образованию гранулоцитов, эритроцитов, моноцитов и мегакариоцитов. Созревание этих клеток происходит под влиянием колониестимулирующих факторов (КСФ) и ряда интерлейкинов, в том числе ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-6. Все они играют важную роль в положительной регуляции (стимуляции) гемопоэза и продуцируются, главным образом, стромальными клетками костного мозга, но также и зрелыми формами дифференцированных миелоидных и лимфоидных клеток. Другие цитокины (например, ТРФ-бета) могут осуществлять понижающую регуляцию (подавление) гемопоэза).

У всех клеток как лимфоидного, так и миелоидного ряда время жизни ограничено, и все они непрерывно образуются.

У млекопитающих в период внутриутробного развития ГСК присутствуют в желточном мешке, печени, селезенке и костном мозге. Во взрослом организме гемопоэтические стволовые клетки находятся в основном в костном мозге, где они в норме довольно редко делятся, производя новые стволовые клетки (самообновление). Животное можно спасти от последствий облучения в летальных дозах введением клеток костного мозга, которые заселяют его лимфоидную и миелоидную ткани.

Плюрипотентные стволовые клетки дают начало коммитированным клеткам-предшественницам, которые уже необратимо определились как предки кровяных клеток одного или нескольких типов. Полагают, что коммитированные клетки делятся быстро, но ограниченное число раз, при этом делятся они под воздействием факторов микроокружения: соседних клеток и растворимых или мембраносвязанных цитокинов. В конце такой серии делений клетки эти становятся терминально дифференцированными, обычно больше не делятся и погибают через несколько дней или недель. Плюрипотентные стволовые клетки малочисленны, их трудно распознавать, и все еще неясно, как они выбирают свой путь среди разных вариантов развития. Программирование клеточных делений и выведение клеток на определенный путь дифференцировки (коммитирование), видимо, включают в себя и случайные события. Стволовая клетка плюрипотентна, т.к. дает начало многим видам терминально дифференцированных клеток. Что касается клеток крови, то эксперименты показывают, что все классы клеток крови - и миелоидных и лимфоидных - происходят от общей гемопоэтической стволовой клетки.

Гемопоэтическая стволовая клетка развивается следующим образом. У эмбриона гемопоэз начинается в желточном мешке, но по мере развития эта функция переходит к печени плода и, наконец, к костному мозгу, где и продолжается в течение всей жизни. Гемопоэтическая стволовая клетка, дающая начало всем элементам крови, плюрипотентна и заселяет другие гемо - и лимфопоэтические органы и самовоспроизводится, превращаясь в новые стволовые клетки. Животное можно спасти от последствий облучения в летальных дозах введением клеток костного мозга, которые заселяют его лимфоидную и миелоидную ткани.

Во взрослом организме гемопоэтические стволовые клетки находятся главным образом в костном мозге, где они в норме довольно редко делятся, производя новые стволовые клетки (самообновление).

Клетку-предшественницу, дающую в культуре клеток начало колонии эритроцитов, называют колониеобразующей единицей эритроидного ряда, или КОЕ-Э, и она дает начало зрелым эритроцитам после шести или даже меньшего числа циклов деления. КОЕ-Э еще не содержит гемоглобин.

Гемопоэзом (haemopoesis) называют развитие крови. Различают эмбриональный гемопоэз, который происходит в эмбриональный период

и приводит к развитию крови как ткани, и постэмбриональный гемопоэз, который представляет собой процесс физиологической регенерации крови. Развитие эритроцитов называют эритропоэзом, развитие гранулоцитов - гранулоцитопоэзом, тромбоцитов - тромбоцитопоэзом, развитие моноцитов - моноцитопоэзом, развитие лимфоцитов и иммуноцитов - лимфоцито - и иммуноцитопоэзом.

Эмбриональный гемопоэз.

В развитии крови как ткани в эмбриональный период можно выделить 3 основных этапа, последовательно сменяющих друг друга:

1) мезобластический, когда начинается развитие клеток крови во внезародышевых органах - мезенхиме стенки желточного мешка, хориона и стебля (с 3-й по 9-ю неделю развития зародыша человека) и появляется первая генерация стволовых клеток крови (СКК);

2) печеночный, который начинается в печени с 5-6-й недели развития плода, когда печень становится основным органом гемопоэза, в ней образуется вторая генерация СКК.

Кроветворение в печени достигает максимума через 5 месяцев и завершается перед рождением. СКК печени заселяют тимус (здесь, начиная с 7-8-й недели, развиваются Т-лимфоциты), селезенку (гемопоэз начинается с 12-й недели) и лимфатические узлы (гемопоэз отмечается с 10-й недели);

3) медуллярный (костномозговой) - появление третьей генерации СКК в костном мозге, где гемопоэз начинается с 10-й недели и постепенно нарастает к рождению, а после рождения костный мозг становится центральным органом гемопоэза.

Кроветворение в стенке желточного мешка. У человека оно начинается в конце 2-й - начале 3-й недели эмбрионального развития. В мезенхиме стенки желточного мешка обособляются зачатки сосудистой крови, или кровяные островки. В них мезенхимные клетки округляются, теряют отростки и преобразуются в стволовые клетки крови. Клетки, ограничивающие кровяные островки, уплощаются, соединяются между собой и образуют эндотелиальную выстилку будущего сосуда. Часть СКК дифференцируется в первичные клетки крови (бласты), крупные клетки с базофильной цитоплазмой и ядром, в котором хорошо заметны крупные ядрышки. Большинство первичных кровяных клеток митотически делится и превращается в первичные эритробласты, характеризующиеся крупным размером (мегалобласты). Это превращение совершается в связи с накоплением эмбрионального гемоглобина в цитоплазме бластов, при этом сначала образуются полихроматофильные эритробласты, а затем оксифилъные эритробласты с большим содержанием гемоглобина. В некоторых первичных эритробластах ядро подвергается кариорексису и удаляется из клеток, в других ядро сохраняется. В результате образуются безъядерные и ядросодержащие первичные эритроциты, отличающиеся большим размером по сравнению с нормоцитами и поэтому получившие название мегалоцитов. Такой тип кроветворения называется мегалобластическим. Он характерен для эмбрионального периода, но может появляться в постнатальном периоде при некоторых заболеваниях (злокачественное малокровие). Наряду с мегалобластическим в стенке желточного мешка начинается нормобластическое кроветворение, при котором из бластов образуются вторичные эритробласты; сначала они превращаются в полихроматофильные эритробласты, далее в нормобласты, из которых образуются вторичные эритроциты (нормоциты); размеры последних соответствуют эритроцитам (нормоцитам) взрослого человека. Развитие эритроцитов в стенке желточного мешка происходит внутри первичных кровеносных сосудов, т.е. интраваскулярно. Одновременно экстраваскулярно из бластов, расположенных вокруг сосудистых стенок, дифференцируется небольшое количество гранулоцитов - нейтрофилов и эозинофилов. Часть СКК остается в недифференцированном состоянии и разносится током крови по различным органам зародыша, где происходит их дальнейшая дифференцировка в клетки крови или соединительной ткани. После редукции желточного мешка основным кроветворным органом временно становится печень.

Кроветворение в печени. Печень закладывается примерно на 3-4-й неделе эмбриональной жизни, а с 5-й недели она становится центром кроветворения. Кроветворение в печени происходит экстраваскулярно, по ходу капилляров, врастающих вместе с мезенхимой внутрь печеночных долек. Источником кроветворения в печени являются стволовые клетки крови, из которых образуются бласты, дифференцирующиеся во вторичные эритроциты. Процесс их образования повторяет описанные выше этапы образования вторичных эритроцитов. Одновременно с развитием эритроцитов в печени образуются зернистые лейкоциты, главным образом нейтрофильные и эозинофильные. В цитоплазме бласта, становящейся более светлой и менее базофильной, появляется специфическая зернистость, после чего ядро приобретает неправильную форму. Кроме гранулоцитов, в печени формируются гигантские клетки - мегакариоциты. К концу внутриутробного периода кроветворение в печени прекращается.

Кроветворение в тимусе . Тимус закладывается в конце 1-го месяца внутриутробного развития, и на 1-8-й неделе его эпителий начинает заселяться стволовыми клетками крови, которые дифференцируются в лимфоциты тимуса. Увеличивающееся число лимфоцитов тимуса дает начало Т-лимфоцитам, заселяющим Т-зоны периферических органов иммунопоэза.

Кроветворение в селезенке. Закладка селезенки происходит в конце 1-го месяца эмбриогенеза. Из вселяющихся сюда стволовых клеток происходит экстраваскулярное образование всех видов форменных элементов крови, т.е. селезенка в эмбриональном периоде представляет собой универсальный кроветворный орган. Образование эритроцитов и гранулоцитов в селезенке достигает максимума на 5-м месяце эмбриогенеза. После этого в ней начинает преобладать лимфоцитопоэз.

Кроветворение в лимфатических узлах . Первые закладки лимфатических узлов человека появляются на 7-8-й неделе эмбрионального развития. Большинство лимфатических узлов развивается на 9-10-й неделе. В этот же период начинается проникновение в лимфатические узлы стволовых клеток крови, из которых на ранних стадиях дифференцируются эритроциты, гранулоциты и мегакариоциты. Однако формирование этих элементов быстро подавляется образованием лимфоцитов, составляющих основную часть лимфатических узлов. Появление единичных лимфоцитов происходит уже в течение 8-15-й недели развития, однако массовое "заселение" лимфатических узлов предшественниками Т - и В-лимфоцитов начинается с 16-й недели, когда формируются посткапиллярные венулы, через стенку которых осуществляется процесс миграции клеток. Из клеток-предшественников дифференцируются лимфобласты (большие лимфоциты), а далее средние и малые лимфоциты. Дифференцировка Т - и В-лимфоцитов происходит в Т - и В-зависимых зонах лимфатических узлов.

Кроветворение в костном мозге. Закладка костного мозга осуществляется на 2-м месяце эмбрионального развития. Первые гемопоэтические элементы появляются на 12-й неделе развития; в это время основную массу их составляют эритробласты и предшественники гранулоцитов. Из СКК в костном мозге формируются все форменные элементы крови, развитие которых происходит экстраваскулярно. Часть СКК сохраняется в костном мозге в недифференцированном состоянии, они могут расселяться по другим органам и тканям и являться источником развития клеток крови и соединительной ткани. Таким образом, костный мозг становится центральным органом, осуществляющим универсальный гемопоэз, и остается им в течение постнатальной жизни. Он обеспечивает стволовыми кроветворными клетками тимус и другие гемопоэтические органы.

Постэмбриональный гемопоэз. Постэмбриональный гемопоэз представляет собой процесс физиологической регенерации крови (клеточное обновление), который компенсирует физиологическое разрушение дифференцированных клеток.

Миелопоэз происходит в миелоидной ткани (textus myeloideus), расположенной в эпифизах трубчатых и полостях многих губчатых костей.

Здесь развиваются форменные элементы крови: эритроциты, гранулоциты, моноциты, кровяные пластинки, предшественники лимфоцитов.

В миелоидной ткани находятся стволовые клетки крови и соединительной ткани.

Предшественники лимфоцитов постепенно мигрируют и заселяют такие органы, как тимус, селезенка, лимфатические узлы и др.

Лимфопоэз происходит в лимфоидной ткани (textus lymphoideus), которая имеет несколько разновидностей, представленных в тимусе, селезенке, лимфатических узлах. Она выполняет основные функции: образование Т - и В-лимфоцитов и иммуноцитов (плазмоцитов и др.).

Миелоидная и лимфоидная ткани являются разновидностями соединительной ткани, т.е. относятся к тканям внутренней среды. В них представлены две основные клеточные линии - клетки ретикулярной ткани и гемопоэтические.

Ретикулярные, а также жировые, тучные и остеогенные клетки вместе с межклеточным веществом (матрикс) формируют микроокружение для

гемопоэтических элементов. Структуры микроокружения и гемопоэтические

клетки функционируют в неразрывной связи. Микроокружение оказывает

воздействие на дифференцировку клеток крови (при контакте с их рецепторами или путем выделения специфических факторов).

Для миелоидной и всех разновидностей лимфоидной ткани характерно

наличие стромальных ретикулярных и гемопоэтических элементов,

образующих единое функциональное целое. В тимусе имеется сложная строма, представленная как соединительнотканными, так и ретикулоэпителиальными клетками. Эпителиальные клетки секретируют особые вещества - тимозины, оказывающие влияние на дифференцировку из СКК Т-лимфоцитов. В лимфатических узлах и селезенке специализированные ретикулярные клетки создают микроокружение, необходимое для пролиферации и дифференцировки в специальных Т - и В-зонах Т - и В-лимфоцитов и плазмоцитов.

СКК являются плюрипотентными (полипотентными) предшественниками всех клеток крови и относятся к самоподдерживающейся популяции клеток. Они редко делятся. Впервые представление о родоначальных клетках крови сформулировал в начале XX в.А. А. Максимов, который считал, что по своей морфологии они сходны с лимфоцитами. В настоящее время это представление нашло подтверждение и дальнейшее развитие в новейших экспериментальных исследованиях, проводимых главным образом на мышах. Выявление СКК стало возможным при применении метода колониеобразования.

Экспериментально (на мышах) показано, что при введении смертельно облученным животным (утратившим собственные кроветворные клетки) взвеси клеток красного костного мозга или фракции, обогащенной СКК, в селезенке появляются колонии клеток - потомков одной СКК. Пролиферативную активность СКК модулируют колониестимулирующие факторы (КСФ), интерлейкины (ИЛ-3 и др.). Каждая СКК в селезенке образует одну колонию и называется селезеночной колониеобразующей единицей (КОЕ-С).

Подсчет колоний позволяет судить о количестве стволовых клеток, находящихся во введенной взвеси клеток. Таким образом, было установлено, что у мышей на 105 клеток костного мозга приходится около 50 стволовых клеток, из селезенки - 3,5 клетки, среди лейкоцитов крови - 1,4 клетки.

Исследование очищенной фракции стволовых клеток с помощью электронного микроскопа позволяет считать, что по ультраструктуре они очень близки к малым темным лимфоцитам.

Исследование клеточного состава колоний позволило выявить две линии их дифференцировки. Одна линия дает начало мультипотентной клетке - родоначальнице гранулоцитарного, эритроцитарного, моноцитарного и мегакариоцитарного рядов гемопоэза (КОЕ-ГЭММ). Вторая линия дает начало мультипотентной клетке - родоначальнице лимфопоэза (КОЕ-Л). Из мультипотентных клеток дифференцируются олигопотентные (КОЕ-ГМ) и унипотентные родоначальные (прогениторные) клетки.

Методом колониеобразования определены родоначальные унипотентные клетки для моноцитов (КОЕ-М), нейтрофильных гранулоцитов (КОЕ-Гн), эозинофилов (КОЕ-Эо), базофилов (КОЕ-Б), эритроцитов (БОЕ-Э и КОЕ-Э), мегакариоцитов (КОЕ-МГЦ), из которых образуются клетки-предшественники (прекурсорные). В лимфопоэтическом ряду выделяют унипотентные клетки - предшественницы для В-лимфоцитов и соответственно для Т - лимфоцитов. Полипотентные (плюрипотентные и мультипотентные), олигопотентные и унипотентные клетки морфологически не различаются.

Все приведенные выше стадии развития клеток составляют четыре основных компартмена: I - стволовые клетки крови (плюрипотентные, полипоте нтные); II - коммитированные родоначальные клетки (мультипотентные); III - коммитированные родоначальные (прогенторные) олигопотентные и унипотентные клетки; IV - клетки-предшественники (прекурсорные).

Дифференцировка полипотентных клеток в унипотентные определяется действием ряда специфических факторов - эритропоэтинов (для эритробластов), гранулопоэтинов (для миелобластов), лимфопоэтинов (для лимфобластов), тромбопоэтинов (для мегакариобластов) и др.

Из каждой клетки-предшественницы происходит образование конкретного вида клеток. Созревание каждого вида клеток проходит ряд стадий, которые в совокупности образуют компартмент созревающих клеток (V).

Зрелые клетки представляют последний компартмент (VI). Все клетки V и VI компартментов морфологически можно идентифицировать.

Рис.18. Постэмбриональный гемопоэз, окраска азур 11-эозином (схема по НАЮриной). Стадии дифферениировки крови: I-IV - морфологически неидентифицируемые клетки; V - VI - морфологически идентифицируемые клетки. Б - базофил; БОЕ - бурстобраэуюшая единица; Г - гранулоциты; Гн - гранулоцит нейтрофильный; КОЕ - колониеобразующ! единицы; КОЕ-С - селезеночная колониеобразующая единица; Л - лимфоцит; Лек - mt фоидная стволовая клетка; М - моноцит; Мет - мегакариошгг; Эо - эозинофил; Э - эритроцит.

Рис. 19.

А - сегментоядерный нейтрофильный гранулоцит; Б - эозинофильный (ацидофильный) гранулоиит; В - базофильный фанулоцит: 1 - сегменты ядра; 2 - тельце полового хроматина; 3 - первичные (азурофильные) гранулоциты; 4 - вторичные (специфические) гранулы; 5 - зрелые специфические гранулы эозинофила, содержащие кристаллоиды; б - гранулы базофила различной величины и плотности; 7 - периферическая зона, не содержащая органелл; 8 - микроворсинки и псевдоподии.

Рис. 20. Эмбриональный гемоппэп (по А.А. Максимову).

А - кроветворение в стенке желточного мешка зародыша морской свинки: 1 - меэенхималыгые клетки; 2 - эндотелий стенки сосудов; 3 - первичные кровяные клетки-бласты; 4 - митотическос деление бластов; Б - поперечный срез кровяного островка зародыша кролика S"/j сут: I - полость сосуда; 2 - эндотелий; 3 - интраваскулярные кровяные клетки; 4 - делящаяся кровяная клетка; 5 - формирование первичной кровяной клетки; 6 - энтодерма; 7 - висцеральный листок мезодермы. В - развитие вторичны); эритробластов в сосуде зародыша кролика 13"Д сут: 1 - эндотелий; 2 - проэритробласты; 3 - базофильные эритробласты; 4 - полихроматофильные эритробласты; 5 - оксифильные эритробласты (нормобласты); 6 - оксифильный эритробласт с пикнотическим ядром; 7 - обособление ядра от оксифильного эритробласта (нормобласта); 8 - вытолкнутое ядро нормобласта; 9 - вторичный эритроцит. Г - кроветворение в костном мозге зародыша человека с длиной тела 77 мм. Экстра во скул я рное развитие клеток крови: 1 - эндотелий сосуда; 2 - бласты; 3 - нейтрофильные гранулоциты; 4 - эоэинофильный миелоцит.

Представляют собой незрелые (недифференцированные) структуры. Из стволовых клеток в процессе дозревания могут формироваться более зрелые клетки различных тканей. Это зависит от того, какие биологически активные соединения (факторы роста) оказывают на них влияние, а также от наличия рядом другихорганов и тканей.

Эти особенности стволовых клеток дали возможность их использования в медицине. Наиболее широкое распространение они получили в трансплантологии.

Свойства стволовых клеток

За счет того, что стволовые клетки являются недифференцированными структурами, они обладают рядом определенных свойств, к которым относятся:

• Полипотентность - основное свойство данных клеток, благодаря которому они получили широкое применение в практической медицине. Данное свойство обуславливает возможность дифференцировки стволовых клеток в практически любую ткань, что зависит от их окружения.
• Неограниченная пролиферация - стволовые клетки обладают способностью к делению на искусственных питательных средах без дозревания. Это позволяетискусственно увеличивать их количество в лабораторных условиях.
• Длительный период жизни -клетки могут длительный период времени сохранять свою жизнеспособность.

Все эти свойства стволовых клеток дают возможность активно применять их в трансплантологии для получения тканей, подлежащих пересадке.

Виды стволовых клеток

В зависимости от того, где стволовые клетки были взяты, а также от степени их зрелости, выделяют несколько их типов:

• Эмбриональные клетки - берутся из эмбриобласта зародыша еще до имплантации эмбриона в слизистую оболочку матки. Они обладают наименьшей зрелостью, поэтому могут давать начало любой ткани организма человека.
• Фетальные клетки - находятся в организме плода, их получают после выполненного по медицинским показаниям аборта или из пуповинной крови. Они обладают меньшей потентностью, поэтому могут дифференцироваться не во все ткани.
• Постанатальные клетки - данные структуры находятся в организме человека после рождения. В зависимости от их локализации выделяются гемопоэтические (дают начало клеткам крови), стромальные (предшественники соединительной ткани) и тканеспецифические (обладают наименьшей потентностью, находятся практически во всех тканях организма человека) клетки.

В трансплантологии могут использоваться различные типы стволовых клеток, что зависит от тканей или органа, которые требуют пересадки.

Основные направления применения стволовых клеток

Основной целью использования стволовых клеток в различных областях медицины является замещение поврежденных тканей (трансплантация), которая включает несколько направлений:

• Матриксиндуцированный хондрогенез для восстановления хрящей суставной поверхности
• Получение («выращивание») сетчатки глаза для имплантации в офтальмологии
• Восстановление нервов
• Трансплантация сосудов
• Получение структур бронхолегочной системы на специальном матриксе с последующей имплантацией

Перспективными являются направления трансплантации «выращенных» частей почек и других органов мочевыделительной системы, а также желез внутренней секреции.

Все виды медицинских программ бронируйте на

Booking Health - это международный интернет-портал, где можно изучить информацию о ведущих мировых клиниках и забронировать медицинскую программу в режиме онлайн. Благодаря продуманной структуре и доступному изложению информации, сайтом с легкостью пользуются тысячи людей без медицинского образования. На портале представлены программы по всем основным направлениям медицины. Прежде всего, это диагностические программы, или чек-ап. Также это полный спектр программ лечения, от консервативной терапии до специальных хирургических вмешательств. Программы реабилитации закрепляют результаты проведенного лечения или используются самостоятельно. Интернет-портал Booking Health дает возможность сравнить квалификацию специалистов, методики лечения и стоимость медицинской помощи в разных клиниках. Пациент выбирает наиболее подходящий для него вариант самостоятельно или после бесплатной консультации доктора Booking Health.

Стволовые клетки – это первые незрелые клетки, способные к размножению, самообновлению, дифференциации и трансформации в различные другие типы клеток. Именно они становятся теми «базовыми ячейками» и «строительным материалом», из которых развиваются наши органы, иммунная система и кровь. Содержащие в себе генетическую информацию и схему развития организма, стволовые клетки обеспечивают его рост и восстановление на протяжении всей нашей жизни: они становятся клетками , крови, мышц, костей, сердца, мозга и всех тех тканей, из которых состоят наши органы и тело.

При получении сигнала о поражении тканей стволовые клетки направляются в очаг, и именно в этой зоне трансформируются в те клетки, которые нужны для восполнения полученных утрат. Такая стимуляция нашего организма приводит к началу активной регенерации тканей и органов. Например, у человека произошел , и в стадии реабилитации наблюдается постепенное восстановление утраченных функций. Причиной таких процессов являются именно стволовые клетки, которые постепенно достигают пораженных тканей, трансформируются в клетки, окружающие поврежденные ткани, и восстанавливают их.

Намного больше стволовых клеток присутствует в организме у детей и молодых людей, а с годами их становится значительно меньше, и их запасы не восстанавливаются. У эмбриона на 10 тыс. клеток приходится 1 стволовая, а у человека 60-70 лет из 8 млн. обычных клеток только одна является стволовой. Именно поэтому с годами процесс регенерации после перенесенных болезней или травм происходит сложнее и с большим количеством осложнений.

Впервые термин «стволовые клетки» появился в 1908 году, и ввел его петербуржский врач-гематолог А. Максимов. Его последователем стал гематолог С. Воронцов, работавший над этими же научными исследованиями в Париже, а в 60-70-е годы внушительный вклад в исследования был внесен И. Чертковым и А. Фриденштейном. Использовать стволовые клетки для лечения тяжелых заболеваний, поддававшихся лечению только при помощи костного мозга, стали только в 80-е годы.

Впервые стволовые клетки, полученные из крови, собранной из пуповины, были применены для лечения в 1988 году во Франции и США. Больному анемией ребенку Фанкони были трансплантированы стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови его сестры. После этого банки для сохранения пуповинной крови начали создаваться в Европе, США и России.

Исследования о генетических модификациях стволовых клеток и методах их наращивания проводятся во всем мире. В будущем они могут стать единственным способом избавления от таких тяжелых и опасных заболеваний, которые невозможно вылечить при помощи медикаментов или хирургических вмешательств. Сегодня развитие медицины позволяет вводить стволовые клетки в организм и направлять их в необходимом при том или ином клиническом случае направлении. Именно поэтому многие люди стали задумываться о необходимости их сохранения в специализированных банках. Ведь такая возможность максимизирует их способность воспользоваться открывающимися в перспективе достижениями медицины.

В этой статье мы ознакомим вас с источниками и видами стволовых клеток, достоинствами и недостатками их применения, списком заболеваний, при которых они используются для лечения, мифами об использовании клеточных технологий для лечения в нашей и других странах. Эта информация будет полезна для вас и убережет от последствий, которые несут услуги аферистов, предлагающих введение стволовых клеток.

Источники получения и виды стволовых клеток

Основными источниками получения стволовых клеток являются:

• костный мозг;
• ткани эмбриона;
• пуповинная кровь;
• плацента.

В печени, мышцах, головном мозге, коже, кишечнике и красном костном мозге взрослого человека присутствуют пролиферирующие тканеспецифические клетки. В последние годы в тканях взрослого организма удалось выявить и такие клеточные элементы, которые могут мигрировать в другие ткани in vivo и дифференцироваться не только в тканеспецифическом направлении, но и в клетки другого тканевого типа. Такой процесс получил название «пластичность». Вероятность, что в будущем он даст возможность изменить концепцию генной и клеточной терапии.

На сегодняшний день ученые смогли получить такие типы стволовых клеток:

• гемопоэтические;
• мезенхимные;
• нервные;
• мышечные;
• кожные;
• клетки кишечника;
• кардиомиоциты;
• эндотелиальные.

Мультипонетные стволовые клетки взрослого организма

ГСК – гемопоэтические клетки

Одним из источников стволовых клеток является красный костный мозг. Стромальные клетки получаются из него во время пункции. Затем их мобилизируют в условиях специальной лаборатории, наращивают и трансплантируют в организм. Даже из одной такой клетки возможно производство колоний стромальных клеток. Поступая в организм, они под воздействием особых сигнальных веществ направляются к месту поражения и, «забывая» о своем костномозговом происхождении, под воздействием определенных факторов трансформируются в необходимые ткани (нервные, кардиомиоциты).

Исследования показывают, что уже через 14 дней после введения в культуру стромальных клеток особого сигнального вещества они трансформируются в нервные клетки. А 90% стромальных клеток, введенных в зону , дифференцируются в каридиомиоциты. Однако стволовые клетки, полученные от взрослого человека, обладают меньшей функциональной активностью, т. е. возможность их «волшебного перерождения» уже ограничена. Помимо этого, такие клетки могут вводиться только тому человеку, из костного мозга которого они были забраны, и не могут быть донорским материалом.

Стволовые клетки из крови, пуповинной крови и плаценты

Некоторое количество стволовых клеток находится в периферической крови и других тканях и органах. Большое их количество может получаться именно из крови, забранной из пупочной вены у новорожденного непосредственно после рождения. После сбора биоматериал с стволовыми клетками из пуповинной крови помещается в специализированный криобанк и может использоваться для восстановления практически любого органа или ткани.

В США была разработана методика получения стволовых клеток и из тканей плаценты: там их содержится в 10 раз больше, чем в пуповинной крови. Такие клетки способны трансформироваться в клетки крови, мышц, кожи и нейроны, но создание биобанков для их хранения требует больших финансовых затрат и поэтому в России и других странах СНГ таких криобанков практически нет.

Именно пуповинная кровь в виде источника стволовых клеток имеет ряд весомых преимуществ перед другими их источниками. Преимущества таких гемопоэтических клеток заключаются в следующем:

• полностью инфекционно безопасны;
• могут использоваться в любой момент;
• безболезненный и легкий способ забора биоматериала (в отличие от костного мозга и крови из периферических вен);
• идеально совместимы при необходимости их трансплантации близким родственникам (сестрам, братьям, матери);
• могут использоваться для лечения других людей при условии их совместимости по антигенам;
• использование не вызывает этических проблем, которые связаны со способом забора материала и его утилизации (в отличие от эмбриональных стволовых клеток).

После забора кровь в пробирках помещают в жидкий азот и сохраняют в специальных криокамерах при температуре -196 °C в условиях приспособленных для этого банков пуповинной крови. Впервые такой биобанк был создан в 1992 году, а сегодня в мире существует более таких 400 банков. Большинство из них являются частными и предоставляют услуги по сохранению полученного при рождении ребенка биоматериала и изъятию биодепозита для лечения членов семьи. Как правило, частные биобанки пуповинной крови заключают договор с клиентами на 15-17 лет, и на протяжении этого времени биоматериал полностью сохраняет свою активность. После достижения совершеннолетия депозит становится собственностью ребенка, чья пуповинная кровь была сохранена.

Другой тип таких биобанков – государственные. В них сохраняются образцы биоматериалов, которые были предоставлены родителями после рождения ребенка безвозмездно. Воспользоваться такими биодепозитами для лечения может любой человек, которому по иммунологическим показателям подходит пуповинная кровь. Цена такой донорской крови составляет около 20 тыс. долларов, и примерно такая же сумма понадобится семье больного для проведения поиска и анализов на совместимость стволовых клеток.

Государственные банки пуповинной крови функционируют на территории таких стран как США, Россия, Канада, Южная Корея, Испания, Германия, Япония, Хорватия и др. Для обмена информацией и тесного сотрудничества в 1988 году была создана крупная система NetCord, которая объединяет некоммерческие общественные банки крови, находящиеся на территории таких стран как Израиль, США, Япония, Австралия и страны Европы. Вторым крупным регистром доноров костного мозга и пуповинной крови стала КМ.

На территории РФ функционируют такие криобанки:

• «Банк стволовых клеток ДЗМ», прикрепленный в 2013 году к «Станции переливания крови Департамента здравоохранения города Москвы»;
• Банк стволовых клеток «КриоЦентр» (г. Москва);
• ООО Криомедика (г. Москва);
• Гемабанк (г. Москва и г. Санкт-Петербург);
• Банк Стволовых Клеток Флора-Мед (г. Москва);
• ООО Транс-Технологии (г. Санкт-Петербург);
• Казанский Банк Стволовых Клеток;
• Поволжский Банк Гемопоэтических Клеток (г. Самара).

В Украине функционируют такие криобанки:

• частный Семейный банк пуповинной крови ГЕМАФОНД (г. Киев);
• «Первый криобанк стволовых клеток пуповинной крови» на базе Института клеточной терапии (г. Киев);
• криобанк на базе Международного центра биотехнологий «Биостэм» (г. Киев).

МСК – мезенхимные клетки

Такой вид стволовых клеток получается из стромы костного мозга и был выявлен в пуповинной крови и образцах костной и жировой ткани, оставшихся после пластических операций. Сейчас ведется множество разработок по выделению МСК в достаточных количествах из пуповинной крови или костного мозга. В дальнейшем такой вид стволовых клеток может стать одним из ведущих элементов клеточной терапии, т. к. МСК возможно получать от самого больного и они способны быстро делиться и дифференцироваться в мышечные, хрящевые, костные, жировые, нервные и другие ткани организма.

После забора материала клетки могут культивироваться и размножаться на специальных питательных средах, а из небольшого образца биоптата костного мозга можно вырастить необходимое для трансплантации количество МСК. При необходимости они могут подвергаться криоконсервированию, и после размораживания сохраняют не только все свои качества, но и возраст взятого биоматериала. Кроме этого, МСК после трансплантации способны направляться в зоны гибели клеток и не вызывают онкологических осложнений.

Единственным недостатком такого способа получения стволовых клеток является необходимость жесткого инфекционного контроля материала при его культивировании.

НСК – стволовые клетки нервной ткани

НСК располагаются в специфических областях головного мозга сформировавшегося или еще созревающего организма. В ходе многочисленных исследований стволовые клетки нервной ткани были выявлены в печени, сердце, легких, кишечнике и тканях центральной нервной системы.

Несмотря на высокие дифференциальные способности НСК и возможность их культивирования в условиях in vivo, практическое использование такого типа клеточной терапии весьма сложная задача, т. к. для их выделения требуется полное разрушение головного мозга, и этот факт делает невозможным применение НСК как аутологичного материала.

Для преодоления этих преград проводятся исследования по использованию чужеродного материала, который получается из тканей реципиента. Такие эксперименты на животных и людях уже были проведены при лечении .

Стволовые клетки кожи

Стволовые клетки кожи могут выделяться как из кожных покровов эмбриона, так и с кожи взрослого человека. Разработки ученых по использованию такого материала уже применяются в клиниках для лечения ожогов.

Стволовые клетки миокарда

Впервые стволовые клетки, которые способны трансформироваться в кардиомиоциты и эндотелий, были выделены из тканей сердечной мышцы новорожденных крыс в 90-х годах. При введении в организм они способны полностью восстанавливать поврежденные ткани миокарда, но их получение от человека остается в данное время невозможным из-за необходимости полного разрушения сердечной мышцы.

Для лечения инфаркта миокарда и его осложнений применяются методики клеточной терапии по введению ГСК. После трансплантации они с током крови попадают к пораженному участку миокарда и начинают заменять отмершие ткани на здоровые. В результате сердечная мышца полностью восстанавливается, способна сокращаться и регулировать сердечный ритм, и на ней не остается рубцовых изменений.

Стволовые клетки скелетных мышц

Скелетные клетки выделяют из поперечнополосатых мышц, и они способны к перерождению в мышечные, жировые, хрящевые и нервные ткани. Рядом исследователей были выявлены факты о том, что такой вид стволовых клеток является отдельной популяцией МСК и в дальнейшем может получаться из биоптата костного мозга или образцов пуповинной крови.

Эмбриональные стволовые клетки

Стволовые клетки из абортивного материала

Для получения фетальных клеток используется биоматериал, полученный при прерывании беременности на 9-12 неделе. Такой источник получения сегодня практикуется наиболее часто.

Использование такого вида стволовых клеток сопряжено с рядом этических, технических и юридических сложностей:

• невозможность использования аутологичного материала;
• присутствие риска отторжения трансплантатов;
• присутствие риска заражения , вирусным гепатитом, цитомегаловирусной и другими инфекциями при использовании некачественно проверенного материала;

ЭСК – эмбриональные стволовые клетки

Эмбриональные стволовые клетки получают из внутреннего материала эмбриона (на 4-7 день его развития). Именно из них в дальнейшем может формироваться весь организм. Трансплантация ЭСК обладает рядом преимуществ и недостатков.

Преимущества ЭСК:

• способность трансформироваться в несколько типов клеток (нейроны, мышечные, кожные клетки, красные кровяные тельца, кардиомиоциты, клетки и др.);
• редкие случаи отторжения трансплантатов.

Недостатки ЭСК:

• риск формирования доброкачественных опухолей;
• этические трения и юридические аспекты.

Пока использование эмбриональных клеток запрещено Министерством здравоохранения и социального развития РФ. Оппоненты такого метода получения стволовых клеток полагают, что их использование неэтично, т. к. является своего рода посягательством на жизнь еще не рожденного человека и может подтолкнуть женщин к желанию прерывать беременность с целью материального обогащения. Этот факт мотивировал ученых попытаться получить ЭСК из 3-х недельного эмбриона овцы. По мнению исследователей из клиники «Medileen» они способны дифференцироваться в клетки многих, но не всех типов. В процессе исследований свежевыделенные клетки трансплантировались больным с печеночной недостаточностью. 81% таких эмбриональных клеток трансформировался в гепатоциты и активно функционировали на протяжении года, устойчиво продуцируя альбумин.

Такие эмбриональные клетки получаются от «чистой линии» животных, т. е. выращенных в лабораторных условиях и прошедших контроль на наличие вирусных, инфекционных и наследственных болезней. Они не вызывают иммунных отторжений и их качество повышается путем введения в них «сигнальных агентов», обеспечивающих их связь только с определенными пораженными тканями. Исследования ученых из «Medileen» опровергает мнение некоторых российских ученых, утверждающих, что приживление эмбриональных клеток, полученных от животных, у человека невозможно и открывает перед клеточной терапией еще одно перспективное направление в лечении различных дегенеративных заболеваний.

Применение стволовых клеток

Медицина

Впервые стволовые клетки применили для лечения анемии Фанкони у шестилетнего мальчика в 1988 году во Франции. Трансплантация была Э. Глюкманом проведена в клинике Святого Людвига (г. Париж). С таким диагнозом человек редко доживает до 30-ти летнего возраста. Сегодня у этого пациента наблюдается полное иммунологическое и гематологическое восстановление, он женат и воспитывает собственного ребенка.

Позднее методики клеточной терапии стали применяться для лечения инфарктов миокарда, злокачественных опухолей, инсультов, травм и ожогов. Сегодня спектр применения клеточной терапии стал намного шире, и в мире проведено десятки тысяч успешных трансплантаций стволовых клеток взрослым и детям.

Введение стволовых культур проводится для лечения инсультов, травм головного и повреждений спинного мозга. После их поступления в пораженные ткани у больных восстанавливаются нервные клетки и капиллярная сеть в пораженном участке мозга.

Благодаря достижениям клеточной терапии стало возможным исцеление детей со злокачественными заболеваниями крови. Трансплантация костного мозга проводится во многих гематологических клиниках, а трансплантации ГСК практикуется в крупных гематологических центрах.

В последние несколько лет в ортопедии применяются мезинхимальные стволовые клетки. С их помощью становится возможным восстановление костных дефектов после сложных переломов и суставных хрящей. Прямое введение МСК в последние 2-3 года стало применяться для восстановления сердечной мышцы после инфаркта миокарда.

Гемопоэтические стволовые клетки применяются для лечения таких тяжело поддающихся терапии заболеваний как болезнь Паркинсона, красная волчанка, аутоиммунные артриты, болезнь Крона и . В перспективе клеточная терапия может стать единственным шансом на жизнь для тех 75% пациентов, которые нуждаются в пересадке внутренних органов, но погибают в его ожидании.

Перечень заболеваний, для лечения которых применяются стволовые клетки:

• анемия Фанкони;
• идиопатическая ;
• адренолейкодистрофия;
• коллагенозы;
• талассемия;
• болезнь Гюнтера;
• синдром Костмана;
• синдром Бара;
• резистентный ювенильный артрит;
• амегакариоцитозная тромбоцитопения;
• иммунодефицитные состояния;
• синдром Леш-Нихана;
• синдром Харлера;
• миелодиспластический синдром;
• нейробластома;
• неходжкинская лимфома.

Косметология

Стволовые клетки могут применяться для решения таких косметических проблем как рубцы, облысение, кожная пигментация, морщины и последствия применения агрессивных химических веществ или лазера. Стволовые клетки вводятся при помощи мезотерапии, и благодаря использованию таких методик у пациентов исчезают морщины, улучшается тонус и внешний вид кожи, исчезают пятна после акне и пигментации, восстанавливается рост волос и ногтей.

Такая эффективность клеточной терапии, к сожалению, породила появление множества поддельных . Именно поэтому следует проявлять бдительность и покупать средства только в косметологических клиниках и салонах с хорошей репутацией.

Стоимость лечения

Стоимость лечения стволовыми клетками достаточно высока. Например, в России она колеблется от 240 тыс. до 350 тыс. рублей. Такая высокая цена оправдывается достаточно сложными и высокотехнологичными процессами по выращиванию биоматериала.

За эту цену человеку вводится 100 млн. клеток на один курс. Стоимость самой процедуры введения оплачивается отдельно.

Процедуры по мезотерапии стволовыми клетками более доступны. Для получения выраженного эффекта омоложения кожи необходимо проведение 5-10 сеансов, а стоимость каждого из них составляет 15-30 тыс. рублей.

Мифы и факты о клеточной терапии в странах бывшего СССР

Назойливая реклама клеточной терапии, заполонившая СМИ и интернет, сулит исцеление от всех болезней. Но многие клиники используют ее исключительно в целях легкого обогащения. Такие недобросовестные частные учреждения используют некачественные (уже отмершие) или непроверенные трансплантаты. В результате пациенты попросту лишаются своих денег, не получая долгожданного лечебного эффекта, а в худших случаях такая «псевдоклеточная терапия» приводит к инфицированию, обострениям заболеваний или развитию раковых опухолей.

Стволовые клетки являются необычным лекарственным средством, и использовать такие клеточные технологии могут только специалисты мирового уровня, работающие в специализированных центрах. Методики имеют четкие показания и противопоказания. В ряде случаев их введение может быть противопоказанным или обладать побочными эффектами, которые бывает сложно предугадать.

Частными криобанками порой проводится агрессивный маркетинг, который вводит в заблуждение людей, страдающих такими тяжелыми заболеваниями как сахарный диабет, болезни Альцгеймера, Паркинсона и др. На самом деле лечение этих тяжелых недугов пока проводится только на экспериментальном уровне, и такие методики проходят стадии исследований и доработок.

На территории России применение клеточных технологий (кроме пересадки костного мозга) запрещено законом (ОБНОВЛЕНИЕ: разрешено в начале 2017 года

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) являются классическими стволовыми клетками, поскольку они способны к бесконечному самообновлению и имеют мультипотентный дифференцировочный потенциал. Их источником обычно являются первичные половые клетки, внутренняя клеточная масса бластоцисты или отдельные бластомеры зародышей 8-клеточной стадии, а также клетки морулы более поздних стадий.

Эмбриональным стволовым клеткам свойственна самая большая из всех категорий стволовых клеток теломеразная активность, которая обеспечивает им способность к беспрецедентному самообновлению (больше 230 клеточных удвоений в пробирке; тогда как дифференцированные клетки делятся примерно 50 раз в течение жизни).

В лабораторных условиях эти клетки способны дифференцироваться в различные типы как эмбриональных клеток, так и клеток взрослого организма. Они обладают нормальным кариотипом и в контролируемых условиях могут быть клонированы и многократно воспроизведены без изменения их свойств.

Исследования показали, что трансплантация ЭСК эффективна для лечения патологий, в основе которых лежит нарушение функций или гибель специализированных типов клеток. Так, болезнь Паркинсона, вызываемая прогрессивной дегенерацией и утратой дофамин-продуцирующих нейронов определенной зоны головного мозга, может успешно лечиться при помощи интрацеребральной инъекции эмбриональных нейронов. Также при сахарном диабете I типа (вызываемом нарушением работы островковых клеток поджелудочной железы) имплантация в печень островковых клеток поджелудочной железы приводит к нормализации уровня глюкозы. С помощью трансплантации ЭСК поддаются лечению и другие трудноизлечимые заболевания - например, мышечная дистрофия Дюшенна, дегенерация клеток Пуркинье. Трансплантация ЭСК эффективна и в случае травм - в частности, травм спинного мозга.

На первый взгляд, ЭСК наиболее подходят для использования в репаративной медицине. Однако хорошо известно, что при трансплантации в организм ЭСК способны порождать новообразования - тератомы. Поэтому перед применением ЭСК в клеточной терапии необходимо провести их дифференцировку в нужном направлении и убрать из популяции ЭСК клетки, потенциально способные привести к образованию тератом. Еще одна проблема, которую приходится преодолевать при использовании ЭСК - необходимость так или иначе обеспечить их гистосовместимость с организмом реципиента. Наконец, трудно оставить без внимания этическую сторону использования клеток эмбрионов человека для получения ЭСК.

Стволовые клетки взрослого организма

Стволовые клетки присутствуют во многих органах и тканях взрослых млекопитающих: в костном мозге, крови, скелетных мышцах, зубной пульпе, печени, коже, желудочно-кишечном тракте, поджелудочной железе. Большинство этих клеток слабо охарактеризованы. По сравнению с ЭСК, стволовые клетки взрослого организма имеют меньшую способность к самоподдержанию, и хотя они дифференцируются во множество клеточных линий, но не обладают мультипотентностью. Теломеразная активность и, соответственно, пролиферативный потенциал у стволовых клеток взрослого организма высоки, но все же ниже, чем у ЭСК.

Предполагается, что наименее дифференцированные стволовые клетки находятся в организме в состоянии покоя. В случае необходимости запускается необратимый процесс их поэтапного созревания в определенном направлении дифференцировки.

Стволовые кроветворные клетки

Из стволовых клеток взрослого организма наиболее хорошо охарактеризованы стволовые кроветворные клетки (СКК). Это клетки мезодермального происхождения. Они дают начало всем видам кроветворных и лимфоидных клеток. В норме кроветворение в организме, по-видимому, поддерживается в основном за счет постоянно сменяемого небольшого числа относительно короткоживущих клеточных клонов. In vitro стволовые кроветворные клетки при определенных условиях способны к самоподдержанию и могут быть простимулированы к дифференцировке в направлении тех же клеточных линий, что и in vivo.

Уже несколько десятков лет ткани костного мозга успешно применяют для лечения различных заболеваний крови (например, лейкозов), а также радиационных поражений организма, восстанавливая с их помощью нарушенные функции кроветворных и лимфоидных органов. Для этого обычно проводится трансплантация костного мозга; в последнее время используется и пуповинная кровь. Популяция СКК служит потенциальным источником для предшественников эндотелиальных клеток, что делает возможным применение СКК для лечения ишемической болезни и инфаркта миокарда.

Стволовые клетки нервной ткани

Еще одна категория клеток, которая в настоящее время интенсивно изучается, - это стволовые клетки нервной ткани (СКНТ). Эти клетки первоначально были найдены в субвентрикулярной зоне эмбрионального головного мозга. До недавнего времени считалось, что головной мозг взрослого организма не содержит стволовых клеток. Однако эксперименты на грызунах и приматах, а также клинические испытания с привлечением волонтеров показали, что СКНТ продолжают присутствовать и во взрослом головном мозге. In vitro стволовые клетки нервной ткани могут быть «нацелены» как на пролиферацию, так и на дифференцировку в различные типы нейронов и клетки глии (опорные и защитные клетки нервной ткани). Как эмбриональные СКНТ, так и СКНТ взрослого организма, трансплантированные в головной мозг, могут генерировать нейрональные и глиальные клетки. Хотя неизвестно, какова продолжительность самообновления стволовых клеток нервной ткани, в лабораторных условиях их можно культивировать в течение длительного периода.

Стромальные клетки-предшественники и мезенхимальные стволовые клетки

Стромальные клетки-предшественники и мезенхимальные стволовые клетки (МСК) были открыты около 30 лет назад. Это своего рода универсальные клетки, которые содержатся в костном мозге, в своеобразном депо, где они хранятся «про запас». Они способны к интенсивной пролиферации, могут дифференцироваться во многие клеточные типы и трансплантабельны in vivo. При необходимости они поступают в поврежденный орган или ткань и превращаются в нужные специализированные клетки.

In vitro численность мезенхимальных стволовых клеток может увеличиваться в 100000 раз в течение 6–8 недель, при этом они остаются в недифференцированном состоянии. Каждая колония стромальных клеток является клоном, то есть образуется путем пролиферации одной клетки, которая была названа колонеобразующей клеткой фибробластов (КОК-Ф). У животных и человека в физиологических условиях величина эффективности клонирования КОК-Ф колоний остается относительно стабильной и является важным параметром скелетного статуса, что указывает на роль КОК-Ф в патофизиологии дефектов кости и костного мозга.

Получено много данных о том, что в противоположность кроветворным стволовым клеткам костномозговые КОК-Ф представляют собой местную популяцию, то есть не мигрируют из одной части организма в другую и, соответственно, не приживаются при инфузии. Жаль, если эта проблема не найдет своего решения - ведь для лечения таких распространенных костных заболеваний, как остеопороз или незавершенный остеогенез, когда нельзя трансплантировать генетически измененные стромальные клетки во все области поражений, возможность их доставки через циркулирующую систему выглядит очень желательной. В целом же, вопрос о возможности миграции стромальных клеток, а также о факторах, благоприятствующих ей, остается открытым.

Стромальные клетки-предшественники выполняют также очень важную роль, обеспечивая специфическое микроокружение, необходимое для пролиферации и дифференцировки гемопоэтических и иммунокомпетентных клеток на территории кроветворных и лимфоидных органов. Таким образом, «корректировка» нарушений микроокружения в принципе может проводиться именно через эту категорию клеток.

Значительный интерес для клинического применения представляют мезенхимальные стволовые клетки, которые входят в состав популяции стромальных клеток-предшественников (или колонеобразующих клеток стромальных фибробластов - КОК-Ф) костного мозга. Их использование началось с успешного лечения несросшихся костных переломов размноженными в культурах аутологическими стромальными клетками костного мозга. До сих пор репарация костной и хрящевой ткани остается одной из наиболее важных областей применения МСК. С помощью трансплантации этих клеток удалось добиться успехов в лечении тяжелого контингента больных с ложными суставами, несросшимися переломами и хроническим остеомиелитом, остеоартритом. Принципы применяемых при этом биотехнологичеких методов являются универсальными и могут использоваться также для лечения больных с дефектами костной ткани различной локализации (травматология, ортопедия, нейрохирургия, черепно-лицевая хирургия, стоматология-имплантология).

Как возможные носители рекомбинантной ДНК, мезенхимальные стволовые клетки также представляют собой весьма привлекательный объект для генной инженерии, для лечения ряда дегенеративных и наследственных заболеваний.

Клетки костного мозга и МСК могут быть использованы и в терапии ишемической болезни сердца, поражений конечностей и головного мозга, а также для лечения инфарктов миокарда. Это еще одна область применения МСК, которая находится на стадии предклинических испытаний. В лабораторных исследованиях, проведенных на животных, и при лечении инфарктов миокарда у людей, костномозговые СК трансплантировались в область инфаркта либо прямой инъекцией, либо посредством их внутрисосудистого введения. В результате удалось достичь реального уменьшения зоны инфаркта. Однако прежде, чем терапия СК взрослого организма будет осуществляться в полном объеме, необходимо дополнительное проведение клинических испытаний и хорошо спланированных клинических исследований, которые позволят сделать окончательное заключение о безопасности и эффективности предложенного метода.

Особый интерес представляют первые данные, показывающие возможность использования костномозговых стромальных клеток при репарационных процессах в коже. В частности, исследования показывают, что после внутрикожного введения стромальных клеток костного мозга регенерация поврежденной кожной ткани шла более упорядоченно с меньшими нежелательными последствиями, к которым относится образование рубца.

Надо отметить, что для успеха лечения ключевым моментом остается и правильный выбор метода трансплантации СК. В ряде лабораторий сейчас работают также над улучшением способов очистки популяций СК и обогащения их ранними предшественниками, чтобы создать условия для более эффективной клеточной терапии. Согласно общему мнению, требуются также дальнейшие лабораторные исследования для изучения феномена пластичности стволовых клеток, а также многих других аспектов.

Как видим, со стволовыми клетками связано много надежд и ожиданий. Возможно, уже не за горами время, когда открытые свойства стволовых клеток и те, которые находятся сегодня для нас пока за семью печатями, создадут новые перспективы для лечения ряда серьезных заболеваний.

Чем уникальны стволовые клетки

В процессе развития эмбриона человека происходит ряд ключевых событий: за оплодотворением яйцеклетки следует т. н. дробление, суть которого сводится к быстрому накоплению тотипотентного (т. е. способного к созданию целого организма, повторению эмбриогенеза из одной клетки) клеточного материала.

Примерно после 12 клеточных делений этот процесс резко замедляется, и нарушается синхронность делений. Начинается транскрипция генома зародыша, то есть реализация наследственной информации. Это изменение, известное как переход к средней бластуле, по всей вероятности, отражает истощение определенного компонента материнского происхождения, который используется для связывания с вновь синтезируемой ДНК.

Транскрипция завершается тем, что в цитоплазме этих уникальных первичных клеток накапливается информация в форме матричных РНК, которая определяет дальнейшее внутриутробное развитие. Реализация информации осуществляется в конечном итоге путем миграции, специализации клеток и формирования основных зародышевых листков - эктодермы (источник клеток кожи, ЦНС и пр.), мезодермы (источник клеток мышц, костей, крови и пр.) и энтодермы (источник клеток желез, ЖКТ и пр.), что происходит в процессе т. н. гаструляции.

Начиная с этого момента, в каждой ткани сохраняются ограниченные количества неспециализированных клеток. Такие клетки называют стволовыми клетками или клетками-предшественниками, их основная функция - управление процессом создания организма в целом, перенос и реализация наследственных программ.

Стволовые клетки - это недифференцированные, незрелые клетки эмбриона, плода, новорожденного или взрослого организма, способные к самообновлению и дифференцировке в различные типы тканей и органов. В организме взрослого человека они исполняют роль «машин регенерации», их цель - поддержание морфофункционального постоянства ткани, они имеют меньший потенциал, чем в самом начале эмбриогенеза, но способны эффективно замещать поврежденные элементы специализированной ткани в необходимом объеме. Практически для каждого типа тканей существуют свои собственные клетки-предшественники (предифференцированные клетки). Истинные плюрипотентные (способные к дифференцировке в клетки разных тканей разных зародышевых листков) клетки в нормальных условиях в организме встречаются крайне редко, их выделение из взрослого организма в настоящий момент без применения методик клонирования не представляется возможным.

В процессе старения количество изначально заложенной регенерационной информации в клетках стремительно снижается, уменьшается количество самих стволовых клеток. Истощенная репарационная система становится малоэффективной - возникает ряд заболеваний, ассоциированных со старением: увядает кожа, снижается эластичность хрящей, плотность костей, повреждается эндотелий сосудов - ухудшается кровоснабжение, постепенно все ткани организма попадают в условия сниженного снабжения кислородом, ускоряются процессы замещения функционально активных тканей на неполноценные соединительные стромальные ткани. Воздействие ряда инфекций, реализация врожденных, наследственных и мультифакториальных заболеваний, хронические интоксикации (в том числе, алкогольные), травмы также приводят к подобным последствиям - организм оказывается неспособным справиться с нарастающим потоком проблем и постепенно погибает.

Успех трансплантации органов и тканей человека открыл новую эру в медицине - продемонстрирована принципиальная возможность замены дефектных тканей и органов пациента на донорские, здоровые. К сожалению, трансплантация органов остается малодоступной, сопровождается сложными оперативными вмешательствами и требует постоянной иммуносупрессии в большом объеме.

Ученые всего мира интенсивно работают над проблемой лабораторного получения клеток-предшественников с целью их последующей имплантации для замещения погибших тканей, что, по мнению медицинского научного сообщества, может послужить альтернативой трансплантации органов. В 1998 году американским ученым Джону Герхарту и Джеймсу Томпсону впервые в лабораторных условиях удалось получить и нарастить культуры эмбриональных стволовых клеток и половых прогениторных клеток, способных полностью повторить эмбриогенез. Таким образом, у человечества появилась реальная возможность в лабораторных условиях выращивать необходимое количество «запчастей» для организма и тем самым корригировать последствия ряда хронических и острых заболеваний. Дм. Шаменков, к.м.н.

Пластичность стволовых клеток

До недавнего времени считалось, что органоспецифические стволовые клетки могут дифференцироваться только в клетки соответствующих органов. Однако, по ряду данных, это не так: существуют органоспецифические стволовые клетки взрослых животных, которые способны к дифференцировке в клетки органов, отличных от органов происхождения стволовых клеток, даже если они онтогенетически принадлежат к разным зародышевым листкам. Это свойство стволовых клеток получило название пластичности. Так, существует много данных, что МСК костного мозга обладают широкой пластичностью и способны давать начало некоторым элементам нервной ткани, кардиомиоцитам, эпителиальным клеткам, гепатоцитам.

Альтернативная гипотеза феномена пластичности заключается в том, что мультипотентные стволовые клетки и после рождения присутствуют в различных органах и стимулируются к специфической пролиферации и дифференцировке в ответ на локальные факторы, представленные тем органом, в который рекрутированы стволовые клетки. Также есть предположение, что стволовые клетки рекрутируются в поврежденные органы и уже там реализуют свои свойства пластичности, т. е. дифференцируются в нужном для их восстановления направлении.

Вместе с тем нельзя не отметить, что ряд ученых подвергает сомнению саму концепцию пластичности стволовых клеток, указывая на то, что соответствующие эксперименты были выполнены на чистых популяциях тканевоспецифических стволовых клеток.

Словарь

Диплоидная клетка (от греч. diplуos - двойной и еidos - вид) - клетка с двумя гомологичными (подобными) наборами хромосом. Диплоидны все зиготы и, как правило, клетки большинства тканей животных и растений, кроме половых клеток.

Дифференцировочный потенциал - способность к превращению в разнообразные клетки организма.

Кариотип (от греч. kаryon - орех и typos - отпечаток, форма) - типичная для вида совокупность морфологических типов хромосом (форма, размер, детали строения, число и т. д.). Важная генетическая характеристика вида, лежащая в основе. Для определения кариотипа используют микрофотографию хромосом делящихся клеток.

Мезодерма - средний зародышевый листок у большинства многоклеточных животных и человека. Из него развиваются органы крово– и лимфообразования, органы выделения, половые органы, мышцы, хрящи, кости и др.

Мультипотентность - способность к дифференцировке в пределах одного зародышевого листка.

Плюрипотентность - способность к дифференцировке разных тканей разных зародышевых листков.

Полипотентность - способность генома стволовых клеток взрослого организма изменять профиль дифференцеровки при трансплантации в новую ткань реципиента.

Строма (от греч. stroma - подстилка) - основная опорная структура органов, тканей и клеток живых организмов и растений.

Стромальные клетки - клетки соединительнотканной опорной структуры органа.

Теломеры - специализированные ДНК-белковые структуры, которые находятся на концах линейных хромосом эукариот.

Теломеразная активность - активность теломеразы, фермента, который с помощью особого механизма синтезирует теломерную ДНК, и тем самым влияет на рост клеток. Высокая активность теломеразы свойственна половым и стволовым клеткам. Как только стволовые клетки начинают дифференцироваться, теломеразная активность падает, а их теломеры начинают укорачиваться.

Тератома (от греч. tеratos - урод) - доброкачественная опухоль, вызванная нарушением эмбрионального развития. Как правило, состоит из мышечной, нервной и др. тканей.

Тотипотентность - способность к созданию целого организма, повторению эмбриогенеза из одной клетки.

Фибробласты (от лат. fibra - волокно и blastуs - росток) - основная клеточная форма соединительной ткани животных и человека. Фибробласты образуют волокна и основное вещество этой ткани. При травме кожи они участвуют в закрытии ран и образовании рубцов.

Эктодерма - наружный зародышевый листок многоклеточных животных. Из эктодермы образуются кожный эпителий, нервная система, органы чувств, передний и задний отделы кишечника и т. д.

Энтодерма - внутренний зародышевый листок многоклеточных животных. Из энтодермы образуются эпителий кишечника и связанные с ним железы: поджелудочная железа, печень, легкие и т. д.

Стволовые клетки - недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся у многих видов многоклеточных организмов. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей.

Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки, которую впрочем никто так не называет, а называют зиготой. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. Тем не менее, в процессе старения организма их количество уменьшается.

В современной медицине стволовые клетки человека трансплантируют, то есть пересаживают в лечебных целях. Например, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток производится для восстановления процесса гемопоэза (кроветворения) при лечении лейкозов и лимфом.

Все стволовые клетки обладают двумя неотъемлемыми свойствами:

1) Самообновление , то есть способность сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки).

2) Потентность (дифференцирующий потенциал), или способность давать потомство в виде специализированных типов клеток.

Существуют два механизма, поддерживающих популяцию стволовых клеток в организме :

1) Асимметричное деление , при котором продуцируется одна и та же пара клеток (одна стволовая клетка и одна дифференцированная клетка).

2) Стохастическое деление : одна стволовая клетка делится на две более специализированных.

Дифференцирующий потенциал или потентность стволовых клеток - это способность производить определенное количество разных типов клеток. В соответствии с потентностью стволовые клетки делятся на следующие группы:

1) Тотипотентные (омнипотентные) стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки эмбриональных и экстраэмбриональных тканей, организованные в виде трехмерных связанных структур (тканей, органов, систем органов, организма). Такие клетки могут дать начало полноценному жизнеспособному организму. К ним относится оплодотворённая яйцеклетка, или зигота. Клетки, образованные при первых нескольких циклах деления зиготы, также являются тотипотентными у большинства биологических видов. Однако к ним не относятся, например, круглые черви, зигота которых утрачивает тотипотентность при первом делении. У некоторых организмов дифференцированные клетки также могут обретать тотипотентность. Так, срезанную часть растения можно использовать для выращивания нового организма именно благодаря этому свойству.

2) Плюрипотентные стволовые клетки являются потомками тотипотентных и могут давать начало практически всем тканям и органам, за исключением экстраэмбриональных тканей (например, плаценты). Из этих стволовых клеток развиваются три зародышевых листка: эктодерма, мезодерма и энтодерма.

3) Мультипотентные стволовые клетки порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка.

4) Олигопотентные клетки могут дифференцироваться лишь в некоторые, близкие по свойствам, типы клеток. К ним, например, относятся клетки лимфоидного и миелоидного рядов, участвующие в процессе кроветворения.

5) Унипотентные клетки (клетки-предшественницы, бластные клетки) - незрелые клетки, которые, строго говоря, уже не являются стволовыми, так как могут производить лишь один тип клеток. Они способны к многократному самовоспроизведению, что делает их долговременным источником клеток одного конкретного типа и отличает от не стволовых. Однако их способность к самовоспроизведению ограничена определённым количеством делений, что также отличает их от истинно стволовых клеток. К клеткам-предшественницам относятся, к примеру, некоторые из миосателлитоцитов, участвующих в образовании скелетной и мышечной тканей.

Классификация:

1) Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуют внутреннюю клеточную массу (ВКМ), или эмбриобласт, на ранней стадии развития эмбриона. Они являются плюрипотентными. Важный плюс ЭСК состоит в том, что они не экспрессируют HLA (human leucocyte antigens), то есть не вырабатывают антигены тканевой совместимости. Каждый человек обладает уникальным набором этих антигенов, и их несовпадение у донора и реципиента является важнейшей причиной несовместимости при трансплантации. Соответственно, шанс того, что донорские эмбриональные клетки будут отторгнуты организмом реципиента очень невысок. При пересадке иммунодефицитным животным эмбриональные стволовые клетки способны образовывать опухоли сложного (многотканевого) строения - тератомы, некоторые из них могут стать злокачественными. Достоверных данных, о том как ведут себя эти клетки в иммунокомпетентном организме, например, в организме человека, нет. Вместе с тем, следует отметить, что клинические испытания с применением дифференцированных дериватов (производных клеток) ЭСК уже начаты. Для получения ЭСК в лабораторных условиях приходится разрушать бластоцисту, чтобы выделить ВКМ, то есть разрушать эмбрион. Поэтому исследователи предпочитают работать не с эмбрионами непосредственно, а с готовыми, ранее выделенными линиями ЭСК.

Одним из главных недостатков ЭСК является невозможность использования аутогенного, то есть собственного материала, при трансплантации, поскольку выделение ЭСК из эмбриона несовместимо с его дальнейшим развитием.

Характеристики эмбриональных стволовых клеток

- Плюрипотентность - способность образовывать любой из примерно 350 типов клеток взрослого организма (у млекопитающих);

- Хоуминг - способность стволовых клеток, при введении их в организм, находить зону повреждения и фиксироваться там, исполняя утраченную функцию;

- Тотипотентность - способность дифференцироваться в целостный организм (11 дней после оплодотворения);

- Факторы , которые определяют уникальность стволовых клеток, находятся не в ядре, а в цитоплазме. Это избыток мРНК всех 3 тысяч генов[источник не указан 1360 дней], которые отвечают за раннее развитие зародыша;

- Теломеразная активность. При каждой репликации часть теломер утрачивается. В стволовых, половых и опухолевых клетках есть теломеразная активность, концы их хромосом надстраиваются, то есть эти клетки способны проходить потенциально бесконечное количество клеточных делений, они бессмертны.

2) Фетальные стволовые клетки получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9-12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, на Украине и в Великобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, британская компания ReNeuron исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта. Эти клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, во-первых, может пройти только ограниченное число делений, и, во-вторых, дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Так, из клеток фетальной печени могут развиться специализированные клетки печени и кроветворные клетки. Из фетальной нервной ткани, соответственно, развиваются более специализированные нервные клетки.

3) Постнатальные стволовые клетки. Несмотря на то, что стволовые клетки зрелого организма обладают меньшей потентностью в сравнении с эмбриональными и фетальными стволовыми клетками, то есть могут порождать меньшее количество различных типов клеток, этический аспект их исследования и применения не вызывает серьёзной полемики. Кроме того, возможность использования аутогенного материала обеспечивает эффективность и безопасность лечения. Стволовые клетки взрослого организма можно подразделить на три основных группы: гемопоэтические (кроветворные), мультипотентные мезенхимальные (стромальные) и тканеспецифичные прогениторные клетки.

Иногда в отдельную группу выделяют клетки пуповинной крови, поскольку они являются наименее дифференцированными из всех клеток зрелого организма, то есть обладают наибольшей потентностью. Пуповинная кровь в основном содержит гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные, но в ней присутствуют малые количества других разновидностей стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей.

4) Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) - мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, мегакариоциты и тромбоциты, дендритные клетки) и лимфоидного рядов (Т-лимфоциты, В-лимфоциты и естественные киллеры). Определение гемопоэтических клеток было основательно пересмотрено в течение последних 20 лет. Гемопоэтическая ткань содержит клетки с долгосрочными и краткосрочными возможностями к регенерации, включая мультипотентные, олигопотентные и клетки-предшественники. Миелоидная ткань содержит одну ГСК на 10 000 клеток. ГСК являются неоднородной популяцией. Различают три субпопуляции ГСК, в соответствии с пропорциональным отношением лимфоидного потомства к миелоидному (Л/M). У миелоидно ориентированных ГСК низкое Л/М соотношение (>0, <3), у лимфоидно ориентированных - высокое (>10). Третья группа состоит из «сбалансированных» ГСК, для которых 3 ? Л/M ? 10. В настоящее время активно исследуются свойства различных групп ГСК, однако промежуточные результаты показывают, что только миелоидно ориентированные и «сбалансированные» ГСК способны к продолжительному самовоспроизведению. Кроме того, эксперименты по трансплантации показали, что каждая группа ГСК преимущественно воссоздаёт свой тип клеток крови, что позволяет предположить наличие наследуемой эпигенетической программы для каждой субпопуляции.

Популяция ГСК формируется во время эмбриогенеза, то есть эмбрионального развития. Доказано, что у млекопитающих первые ГСК обнаруживаются в областях мезодермы, называемых аорта, гонада и мезонефрос, до формирования костного мозга популяция расширяется в фетальной печени. Такие исследования способствуют пониманию механизмов, ответственных за генезис (формирование) и расширение популяции ГСК, и, соответственно, открытию биологических и химических агентов (действующих веществ), которые в конечном счёте могут быть использованы для культивации ГСК in vitro.

Основным источником ГСК является костный мозг. Этот источник и сегодня наиболее широко используется в трансплантологии (см. Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток). ГСК располагаются в костном мозге у взрослых, включая тазовые кости, рёбра, грудину и другие кости. Клетки могут быть получены непосредственно из тазовых костей при помощи иглы и шприца или из крови, после предварительной обработки цитокинами, включая G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), способствующий выходу стволовых клеток из костного мозга.

5) Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) - мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты (клетки костной ткани), хондроциты (хрящевые клетки) и адипоциты (жировые клетки).

Предшественниками ММСК в эмбриогенный период развития являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Они могут быть обнаружены в местах распространения мезенхимы, то есть зародышевой соединительной ткани.

Основным источником ММСК является костный мозг. Кроме того, они обнаружены в жировой ткани и ряде других тканей с хорошим кровоснабжением. Существует ряд доказательств того, что естественная тканевая ниша ММСК расположена периваскулярно - вокруг кровеносных сосудов. Кроме того, ММСК были обнаружены в пульпе молочных зубов, амниотической (околоплодной) жидкости, пуповинной крови и вартоновом студне. Эти источники исследуются, но редко применяются на практике. Например, выделение молодых ММСК из вартонова студня представляет собой крайне трудоёмкий процесс, поскольку клетки в нём также располагаются периваскулярно. В 2005-2006 годах специалисты по ММСК официально определили ряд параметров, которым должны соответствовать клетки, чтобы отнести их к популяции ММСК. Были опубликованы статьи, в которых представлен иммунофенотип ММСК и направления ортодоксальной дифференцировки. К ним относится дифференцировка в клетки костной, жировой и хрящевой тканей. Был проведён ряд экспериментов по дифференцировке ММСК в нейроноподобные клетки, но исследователи по-прежнему сомневаются, что полученные нейроны являются функциональными. Эксперименты также проводятся в области дифференцировки ММСК в миоциты - клетки мышечной ткани. Важнейшей и наиболее перспективной областью клинического применения ММСК является которансплантация совместно с ГСК в целях улучшения приживления образца костного мозга или стволовых клеток пуповинной крови. Многочисленные исследования показали, что ММСК человека могут избегать отторжения при трансплантации, вступать во взаимодействие с дендритными клетками и Т-лимфоцитами и создавать иммуносупрессивную микросреду посредством выработки цитокинов. Было доказано, что иммуномодулирующие функции ММСК человека повышаются, когда их пересаживают в воспалённую среду с повышенным уровнем гамма-интерферона. Другие исследования противоречат этим выводам, что обусловлено гетерогенной природой изолированных МСК и значительными различиями между ними, в зависимости от способа культивирования.

МСК могут быть активированы в случае необходимости. Однако эффективность их использования относительно низка. Так, к примеру, повреждение мышц даже при трансплантации МСК заживает очень медленно. В настоящее время проводятся исследования по активации МСК. Ранее проведённые исследования по внутривенной трансплантации МСК показали, что этот способ трансплантации часто приводит к кризу отторжения и сепсису. Сегодня признано, что заболевания периферических тканей, например, воспаление кишечника лучше лечить не трансплантацией, а методами, повышающими локальную концентрацию МСК.

6) Тканеспецифичные прогениторные клетки (клетки-предшественницы) - малодифференцированные клетки, которые располагаются в различных тканях и органах и отвечают за обновление их клеточной популяции, то есть замещают погибшие клетки. К ним, например, относятся миосателлитоциты (предшественники мышечных волокон), клетки-предшественницы лимфо- и миелопоэза. Эти клетки являются олиго- и унипотентными и их главное отличие от других стволовых клеток в том, что клетки-предшественницы могут делиться лишь определённое количество раз, в то время как другие стволовые клетки способны к неограниченному самообновлению. Поэтому их принадлежность к истинно стволовым клеткам подвергается сомнению. Отдельно исследуются нейральные стволовые клетки, которые также относятся к группе тканеспецифичных. Они дифференцируются в процессе развития эмбриона и в плодный период, в результате чего происходит формирование всех нервных структур будущего взрослого организма, включая центральную и периферическую нервные системы. Эти клетки были обнаружены и в ЦНС взрослого организма, в частности, в субэпендимальной зоне, в гиппокампе, обонятельном мозге и т. д. Несмотря на то, что большая часть погибших нейронов не замещается, процесс нейрогенеза во взрослой ЦНС всё-таки возможен за счёт нейральных стволовых клеток, то есть популяция нейронов может «восстанавливаться», однако это происходит в таком объёме, что не сказывается существенно на исходах патологических процессов.

26А Особенности митохондриальной ДНК и их использование в молекулярной биологии. "Митохондриальная Ева".

Митохондриальная ДНК (мтДНК) - ДНК, находящаяся (в отличие от ядерной ДНК) в митохондриях, органоидах эукариотических клеток.

Гены, закодированные в митохондриальной ДНК, относятся к группе плазмагенов, расположенных вне ядра (вне хромосомы). Совокупность этих факторов наследственности, сосредоточенных в цитоплазме клетки, составляет плазмон данного вида организмов (в отличие от генома).

Кодирующие последовательности (кодоны) митохондриального генома имеют некоторые отличия от кодирующих последовательностей универсальной ядерной ДНК.

Так, кодон AUA кодирует в митохондриальном геноме метионин (вместо изолейцина в ядерной ДНК), кодоны AGA и AGG - терминаторные кодоны (в ядерной ДНК кодируют аргинин), кодон UGA в митохондриальном геноме кодирует триптофан.

Если говорить точнее, то речь идёт не о митохондриальной ДНК, а о мРНК, которая списывается (транскрибируется) с этой ДНК перед началом синтеза белка. Буква U в обозначении кодона обозначает уридин, который при транскрипции гена в РНК заменяет тимин.

Количество генов тРНК (22 гена) меньше, чем в ядерном геноме с его 32 генами тРНК.

В человеческом митохондриальном геноме информация настолько сконцентрирована, что в последовательностях кодирующих мРНК, как правило, частично удалены нуклеотиды, соответствующие 3"-концевым терминаторным кодонам.

Митохондриальная Ева - имя, данное молекулярными биологами женщине, которая была последним общим предком всех ныне живущих людей по материнской линии. Поскольку митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, у всех ныне живущих людей такая ДНК была получена от «Евы». Аналогично ДНК мужской Y-хромосомы у всех людей мужского пола должна происходить от «молекулярно-биологического Адама».

Митохондрии - это внутриклеточные органеллы, имеющие небольшую собственную хромосому. В отличие от ядерной ДНК, которая содержит подавляющее большинство генов и в процессе полового размножения подвергается рекомбинации, так что потомки получают половину генов от отца, а вторую половину от матери, митохондрии и их ДНК ребёнок получает только из материнской яйцеклетки. Поскольку митохондриальная ДНК не подвергается рекомбинации, изменения в ней могут происходить исключительно посредством редких случайных мутаций. Путём сравнения последовательности митохондриальной ДНК и возникших в ней со временем мутаций можно не только определить степень родства ныне живущих людей, но и приблизительно вычислить время, необходимое для накопления мутаций в той или иной популяции людей. Таким образом можно вычислить и эпоху, когда мутаций ещё не было, и предковая популяция людей была генетически однородной. В 1987 году Ребекка Канн (Rebecca Cann) с коллегами предположили, что митохондриальная Ева могла жить между 140 тыс. и 280 тыс. лет назад. Согласно более поздним расчетам, митохондриальная Ева жила около 140 тыс. лет назад в Восточной Африке. Современные МП- и МЭ-оценки обычно дают диапазон возраста Евы 140 тыс. - 230 тыс. лет с максимумом вероятности на значениях порядка 180-200 тыс. лет. Последняя датировка стала общепризнанной оценкой. Тем не менее, в августе 2013 года появились новые данные о том, что Ева жила 99-148 тысяч лет назад с максимальной вероятностью 124 тысячи лет назад.

Хотя митохондриальная Ева названа в честь библейской, её не следует отождествлять с библейским персонажем или считать, что все люди являются потомками только одной женщины. Митохондриальная Ева - научная абстракция, созданная для упрощения расчётов. На самом деле речь идет об относительно однородной генетической популяции, среди потомков которой большинство ныне живущих людей получили митохондриальную ДНК от одной женщины, в то время как потомки других женщин по прямой женской линии той же предковой популяции не дожили до наших дней. Если у женщины нет ни одной дочери, то её митохондриальная ДНК не будет передана потомкам далее её собственного сына, хотя половину других генов унаследуют сыновья и их потомство.

Предшественник (precursor) - Молекула, преобразующаяся в процессе биохимической реакции в др. молекулу, для которой исходная молекула и является предшественником

Интрон (intron, intervening sequence) - Транскрибируемый участок гена, не содержащий кодонов и удаляемый из молекулы РНК при ее процессинге.

Любой участок гена, содержащего интроны, который сохраняется в зрелой молекуле мРНК (интроны вырезаются при процессинге