Реклама на портале

Стволовые клетки кратко. Виды стволовых клеток

Прошло около полувека с того времени, когда ведущие школы отечественной гематологии впервые опубликовали данные о «вечных» клетках, дающих жизнь всему организму и поддерживающих ее от начала до конца. Но уровень научных знаний и технического оснащения лабораторий того времени не позволил сделать следующий шаг на пути исследования этих загадочных клеток. Их время наступило лишь в начале 90-х годов, когда ученые США повторно «открыли» стволовые клетки сначала в костном мозге, а затем и во всех органах и тканях высших животных. Когда же широкой общественности стало известно, что стволовые клетки могут быть внесены в организм искусственно, то ученый мир загудел, как растревоженный улей, а предприниматели от медицины немедленно приступили к освоению этой области.Что же такое стволовые клетки? Объяснить это можно так: стволовыми клетками называют универсальные клетки организма, способные при определенных условиях развиться в любой вид ткани и способствовать образованию любого органа - печени, почек, сердца, мозга и т.д.

Откуда же они берутся? Известно, что каждый человек произошел от соединения яйцеклетки и сперматозоида. То есть происхождению всего того, что у нас есть, мы обязаны двум клеткам, объединившимся в одну - зиготу. Именно она делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки. Из них развиваются все остальные высокодифференцированные клетки организма. После «распределения обязанностей» эти клетки закрываются для дальнейшего изменения и могут быть доступны только для «чтения», причем каждая в определенном формате: нервная клетка - это только нервная клетка, неспособная участвовать в создании эпителиальной ткани или входить в состав миокарда и т.п. В то же время некоторым стволовым клеткам удается все же ускользнуть от определенности и остаться доступными для дальнейшего изменения только в случае крайней необходимости.

Таким образом, стволовые клетки - это универсальный строительный материал, из которого произрастает все, что угодно. Пока человеческому организму хорошо, стволовые клетки свободно и независимо «блуждают» по его просторам. Но как только стволовые клетки получают генетический сигнал (неполадка, повреждение ткани или органа), они по кровяному руслу устремляются к пораженному органу, находят любое повреждение и превращаются на месте в необходимые организму клетки - костные, гладкомышечные, печеночные, нервные и т.д.

Человеческий организм содержит примерно 50 миллиардов стволовых клеток, которые регулярно обновляются. С годами количество таких живых «кирпичиков» сокращается - для них находится все больше работы, а заменить их нечем. Этот процесс начинается уже к 20 годам, а в 70 лет их остается совсем немного. Более того, стволовые клетки немолодого человека уже не так универсальны: в клетки крови они превратиться еще могут, а в нервные - уже нет. Но если удастся искусственным образом ввести стволовые клетки в организм, т.е. заменить ветхие или больные клетки,тогда вполне реально вернуть здоровье и даже значительно продлить жизнь человека.

Где же взять эти самые стволовые клетки для искусственного введения? Сегодня считается, что ученые могут получать стволовые клетки, культивировать и направлять их по нужному пути - для этого есть несколько способов:

Первый - человек может стать донором стволовых клеток для себя самого. Наибольшее их количество находится в костном мозге таза. Они извлекаются при помощи пункции, а затем в лабораторных условиях их особым образом активизируют, наращивают и вводят обратно в организм, где при участии специальных сигнальных веществ они направляются к «больному месту».

Вторым источником стволовых клеток является пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Взяв ее из пуповины и поместив в специальное хранилище, стволовые клетки в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любой ткани и органа этого человека, а также использовать их для лечения других пациентов при условии совместимости по антигенам.

Источником следующего вида стволовых клеток (фетальных) является абортивный материал 9-12 недели беременности. Этот источник на сегодняшний день используется наиболее часто. Но помимо этических и юридических трений, эти клетки иногда могут вызвать отторжение трансплантанта. Кроме того, использование непроверенного абортивного материала чревато заражением пациента вирусным гепатитом, СПИДом и т.п. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к росту стоимости самого лечения.

И, наконец, еще одним источником «чудо-строителей» является бластоциста, которая формируется к 5-6 дню оплодотворения. Это эмбриональные стволовые клетки. Они наиболее универсальны, по сравнению со стволовыми клетками взрослых людей, и способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток организма. Положительной стороной использования этих универсальных стволовых клеток следует считать тот факт, что клетки как бы никому не принадлежат и не выполняют никаких специальных функций, а потому при пересадке не возникает реакция отторжения.

Это открытие предоставляет для медицины огромные возможности, но все-таки это дело будущего, ведь несмотря на многолетнюю работу ученых всего мира в этом направлении, достижения по-прежнему скромны. Истинная стволовая клетка, по-видимому, тем и отличается от других, что не несет на себе никаких специфических опознавательных знаков, оставаясь безликой до тех пор, пока не определится ее дальнейшая судьба. Но и определить искусственно эту судьбу, применив те или иные, порой очень сложные и трудоемкие, методы, удается чрезвычайно редко.

Есть и другой момент, заслуживающий внимания. Стволовая клетка по своим характеристикам очень напоминает опухолевую клетку. Отличие состоит лишь в том, что опухолевая клетка не желает созревать ни при каких обстоятельствах, продолжая делиться и наращивать массу себе подобных. Но где та грань, которая разделяет эти два типа клеток? В здоровом организме активно функционирует система безопасности. Ее деятельность приводит к потере дочерними клетками способности к безграничному самовоспроизведению и позволяет свести к минимуму вероятность возникновения злокачественной либо доброкачественной опухоли. Возникает реальная опасность получить при введении низкодифференцированных клеток извне их безудержное размножение в организме пациента и, как следствие, опухолевый рост. В научной литературе описано множество случаев именно такого развития событий.

Другой наиболее часто встречающейся проблемой при трансплантации тканей вообще и стволовых клеток различной степени зрелости в частности являются упомянутые уже осложнения иммунного характера, в том числе связанные с развитием реакции «трансплантат против хозяина». Отторжение и гибель пересаженных клеток относятся, пожалуй, к самому благоприятному исходу в данном случае.

Открытым остается также вопрос о регулировании дальнейшего поведения трансплантированных клеток в организме. В большинстве случаев ученые в ходе эксперимента не могут достоверно определить, какие из введенных клеток приживаются, а какие нет, чем обусловлены полученные эффекты и как избежать нежелательных направлений. Более того, в настоящее время не существует технологий, позволяющих быть абсолютно уверенными в том, что трансплантированные клетки попадают только в орган, нуждающийся во вмешательстве. Иными словами, никто на сто процентов не поручится, что в мышце не может вырасти кость, в то время как целью вмешательства было устранение косметического дефекта кожи. Ведь даже при использовании собственных клеток, полученных из костного мозга пациента и обработанных в лабораторных условиях, мы не можем достоверно определить, что происходит с клетками, извлеченными из привычного для них микроокружения и помещенными в искусственные питательные среды для «обогащения и активирования». Чем они обогащаются? Для чего активируются? Да и возможность заражения культуры стволовых клеток, готовящихся к реплантации, вирусами или другими микроорганизмами нельзя полностью исключить даже при соблюдении всех мер предосторожности в условиях научной лаборатории, не говоря уже о косметических салонах и стоматологических кабинетах.

Кандидат физико-математических наук Е. ЛОЗОВСКАЯ.

Кровь, оставшаяся внутри пуповины, содержит ценнейшие стволовые клетки, которые можно использовать для лечения многих заболеваний.

Перед закладкой на хранение кровь освобождают от балластных фракций - эритроцитов и зрелых лейкоцитов, чтобы получить максимально обогащенный концентрат стволовых клеток.

Пробирки с подготовленными образцами пуповинной крови погружают в жидкий азот.

Со стволовыми клетками - родоначальницами всех клеток организма - связаны многие надежды медицины. Эти клетки, не имеющие выраженной специализации, способны многократно делиться и созревать, превращаясь в компоненты крови и клеточные элементы самых разных тканей - от мышечной и хрящевой до жировой и нейрональной.

В организме взрослого человека стволовых клеток немного и с возрастом становится еще меньше. Больше всего их в костном мозге, и именно с трансплантации костного мозга начинается история успешного применения стволовых клеток в медицине.

Впервые пересадку костного мозга пациенту с лейкемией провел американский врач Дон Томас в 1969 году, за что в 1990-м был удостоен Нобелевской премии. Фактически при такой процедуре происходит замена всех элементов кроветворной системы: собственные кроветворные клетки больного уничтожаются химическими или радиационными средствами, а гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки, содержащиеся в пересаженном костном мозге, дают начало новым здоровым элементам крови. С тех пор этот метод лечения лейкозов получил широкое распространение.

Технология трансплантации хорошо отработана. Сегодня главная задача - найти донора, чьи клетки будут совместимы с организмом пациента. В США и других развитых странах существует целая армия доноров - 6-7 миллионов здоровых людей, которые прошли специальное обследование и согласились в случае необходимости отдать часть своего костного мозга тому, кто будет в этом нуждаться. Но даже при наличии такого огромного числа потенциальных доноров подобрать совместимый костный мозг непросто, и значительная часть больных лейкозом умирает, так и не дождавшись трансплантации.

Вполне правомерный вопрос: есть ли альтернатива пересадке костного мозга? Стволовые клетки, пригодные для клинического использования, можно получать, например, из жира, удаляемого при липосакции, или из крови пациента, а также из крови, остающейся после родов внутри пуповины и плаценты. Именно пуповинную кровь специалисты считают наиболее удобным, безопасным, можно даже сказать, универсальным источником стволовых клеток.

В Институте экспериментальной кардиологии Российского кардиологического научно-производственного комплекса исследование клеток пуповинной крови проводится уже несколько лет. Директор института, член-корреспондент РАН Владимир Николаевич Смирнов убежден, что пуповинная кровь - материал уникальный и очень перспективный для клеточной терапии.

Концентрация стволовых клеток в пуповинной крови несколько ниже, чем в костном мозге, но зато это клетки новорожденного - молодые, не исчерпавшие своего потенциала. А потому они быстрее приживаются, более активно начинают восстанавливать систему кроветворения. У них очень высокая способность к размножению и дифференцировке (превращению в клетки других видов), причем разнонаправ ленной. Среди стволовых клеток пуповинной крови много так называемых наивных Т-лимфоцитов, то есть "необученных", проще говоря, еще не знающих, против чего им бороться. Такие клетки при введении в организм не должны вызывать отторжения. Поэтому трансплантацию пуповинной крови можно проводить и при частичной тканевой несовместимости.

Использование стволовых клеток пуповинной крови не вызывает никаких этических возражений, но это не единственное их преимущество перед эмбриональными клетками. Дело в том, что пуповинные клетки - отнюдь не "младенцы". "Эмбриональные и взрослые клетки отличаются набором рецепторов на внешней мембране, то есть "говорят" на разных языках, - поясняет В. Н. Смирнов. - Эмбриональ ные клетки, образно говоря, первоклашки, а пуповинные - уже взрослые, студенты. И задачи у них разные: взрослые клетки обеспечивают функционирование системы, а эмбриональные эту систему создают. Можно провести такое сравнение: клетки эмбриональные - те, кто строит дом, взрослые - те, кто его эксплуатирует". Неспособность эмбриональных клеток понимать сигналы взрослого окружения может привести к тому, что их развитие пойдет по неправильному пути и образуется опухоль. С клетками пуповинной крови этот риск гораздо меньше.

Стволовые клетки условно разделяют на гемопоэтические и мезенхимальные - те, что дают начало соединительной ткани, сосудам, гладким мышцам. Основную массу стволовых клеток пуповинной крови составляют гемопоэтические клетки. Но есть там и клетки - предшественники эндотелия, способные формировать стенки сосудов и капилляров.

Недавно в исследованиях, которые провел доктор биологических наук Юрий Аскольдович Романов, установлено, что в стенке пуповины, в так называемом Вартоновом геле, тоже имеются стволовые клетки. И что особенно интересно - эти клетки обладают спонтанной способностью превращаться в нейроны. Некоторое количество клеток с нейрональной ориентацией есть и в самой пуповинной крови.

"Давайте немного пофантазируем, - предлагает В. Н. Смирнов. - Если смешать клетки-предшественницы кровеносных сосудов и клетки, которые почти готовы стать нейронами, то получится очень подходящая смесь для лечения инсультов. Ведь при инсультах, во-первых, нужно восстановить кровоток вокруг места повреждения - гематомы, а во-вторых, воссоздать нейроны, чтобы поддержать функции мозга. В модельных экспериментах на животных показано, что процесс восстановления идет, даже если вводить просто пуповинную кровь, а не смесь стволовых клеток".

Способность стволовых клеток пуповинной крови превращаться в нейроны подтверждает успешный клинический эксперимент южнокорейских ученых, сообщение о котором появилось в конце ноября 2004 года. Тридцатисемилетняя женщина, которая из-за травмы позвоночника в течение 19 лет была прикована к инвалидному креслу, вновь обрела возможность ходить. Восстановить поврежденный участок спинного мозга пациентки удалось благодаря пересадке стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови.

Мезенхимальные клетки обладают крайне важным свойством - они подавляют реакцию иммунной системы на свое присутствие. Если в культуре смешать мезенхимальные клетки и Т-лимфоциты, то последние потеряют часть рецепторов иммунной системы и перестанут отвечать на присутствие "чужака". Поэтому есть шанс использовать для лечения не только собственные стволовые клетки, но и чужие (аллогенные), не добиваясь полной совместимости. "Такой подход наиболее перспективен для лечения органов, которые отделены от организма внутренним барьером, - считает Владимир Николаевич Смирнов. - Это, прежде всего, мозг, защищенный гематоэнцефалическим барьером, а также суставные хрящи. Суставная сумка достаточно хорошо изолирована от окружающих тканей, а значит, иммунная система там не всевластна. И это позволяет надеяться, что для восстановления хряща могут подойти чужие мезенхимальные стволовые клетки. Не исключено, что это можно будет делать достаточно просто - путем инъекций в суставную сумку. А если удастся наладить технологию выращивания таких клеток в культуре, то из образца, взятого от одного донора, можно будет производить материал для лечения десятков пациентов. Как только появляется возможность вводить чужие клетки, не требующие специального подбора, получается препарат - как лекарство в аптеке".

Сейчас стволовые клетки пуповинной крови применяют для лечения более чем сорока заболеваний. Это не только лейкозы, но и некоторые болезни обмена, в том числе те, которые считаются несовместимыми с жизнью и приводят к смерти ребенка в раннем возрасте.

Процедура получения стволовых клеток пуповинной крови достаточно проста и безопасна для матери и ребенка. Во время родов пуповину пережимают специальными зажимами, и оставшаяся внутри кровь (ее объем составляет примерно 60-80 мл) стекает в шприц. Эту кровь в стерильных контейнерах доставляют в специализированную лабораторию, где образец подготавливают к замораживанию. В процессе подготовки из крови удаляют балластные элементы - эритроциты, зрелые лейкоциты, избыток плазмы. Параллельно проводят биохимические исследования, определяют характеристики, от которых зависит совместимость клеток при трансплантации. Кроме того, проверяют, не заражена ли кровь бактериями или вирусами. До окончания такого обследования замороженные образцы держат на "карантине", отдельно от остальных. Современные криогенные технологии позволяют сохранять клетки при низкой температуре практически неограниченное время. Уже доказано, что более 95% клеток остаются жизнеспособными после 15 лет хранения в жидком азоте при температуре -196оС.

Первый банк для хранения пуповинной крови был организован в Нью-Йорке десять с небольшим лет назад. Сейчас в мире насчитывается около сотни банков (только в США их более 30), в которых хранится более 400 тысяч образцов. Значительная часть этих банков именные, принимающие на хранение пуповинную кровь конкретного ребенка. Такой "банковский вклад" можно считать персональной биологической страховкой на случай, если самому ребенку либо его ближайшим родственникам: брату, сестре, родителям - понадобятся стволовые клетки для пересадки. Услуга эта платная, и именной образец пуповинной крови - собственность родителей малыша.

В дополнение к именным банкам в США и других странах организуются банки-регистры клеток пуповинной крови, которые пополняются за счет безвозмездного донорства. Национальные банки-регистры необходимы, прежде всего, для того, чтобы найти замену донорам костного мозга. При наличии примерно полумиллиона безымянных образцов, полностью обследованных, проверенных, оттипированных, можно будет помогать практически любому пациенту, уже не забирая костный мозг у доноров, а извлекая соответствующий образец из хранилища, что неизмеримо проще. В США ежегодно происходит примерно 4 миллиона родов, что дает возможность собрать полмиллиона образцов в обозримый период. Для этих целей из американского бюджета выделяется по 1000 долларов на каждый образец. И теперь задача американских врачей - убеждать родителей, которые не хотят сдавать именной образец для своего ребенка, разрешить использовать пуповинную кровь безымянно, с тем чтобы она помогла кому-то другому.

В России первый банк, принимающий на хранение именные образцы пуповинной крови, появился в 2002 году на базе Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии Российской академии медицинских наук. Сейчас организовано еще несколько таких банков.

"Нашей стране необходима государственная программа по созданию национального регистра стволовых клеток, аналогичная той, что проводится в США, - считает Владимир Николаевич Смирнов. - Для того чтобы банк - не именной, а безымянный - имел практическое значение, нужно по крайней мере 30 тысяч образцов. Тогда вероятность нахождения подходящих по всем параметрам стволовых клеток будет достаточно высокой, чтобы реально помогать значительному числу больных. Учитывая, что только в Москве происходит от 80 до 110 тысяч родов в год, за несколько лет вполне можно собрать необходимое количество образцов пуповинной крови. Если мы этого не сделаем, нам придется покупать такую кровь за рубежом и платить по 20-25 тысяч долларов за порцию - почти столько же, сколько за костный мозг, взятый у донора. Среднему гражданину России это не по карману".

На сегодняшний день в мировой клинической практике насчитывается уже более трех тысяч случаев трансплантации пуповинных стволовых клеток вместо клеток костного мозга. До последнего времени пуповинную кровь использовали главным образом для лечения детей. Для пересадки взрослому человеку такого количества стволовых клеток, которое содержится в порции крови, извлекаемой из одной пуповины, не всегда достаточно. Но оказалось, что, если подобрать два или даже три близких по типу образца, их можно смешать и ввести взрослому человеку. Это сразу расширяет поле применения стволовых клеток пуповинной крови.

Один из вдохновителей и горячих сторонников идеи создания банков пуповинной крови в России - член-корреспондент РАМН Валерий Григорьевич Савченко. В Гематологическом научном центре Российской академии медицинских наук, где он руководит отделением трансплантации костного мозга, пересадкой стволовых клеток занимаются более 20 лет.

"В России практически нет доноров костного мозга, - говорит он. - Поэтому сейчас, когда появилась технологическая возможность использовать клетки пуповинной крови для лечения не только детей, но и взрослых, надо это делать. Больные лейкозом - заложники биологии; часть популяции неизбежно подвержена подобным заболеваниям, и на месте этих людей может оказаться любой из нас. Современная медицина дает пациентам шанс выжить, и нельзя их лишать этого шанса. Пуповинная кровь - реальная альтернатива костному мозгу, поэтому нужно создавать и всячески поддерживать банки для ее хранения. Как только будет накоплено большое количество образцов, произойдет качественный скачок".

Вероятность того, что замороженные клетки понадобятся тому самому ребенку, из пуповины которого они получены, довольно низка. А вот для безымянных образцов она, напротив, высока, особенно, если считать не только лейкозы, которые лечат при помощи стволовых клеток уже сейчас, но и прибавить возможность потенциального применения - в кардиологии и онкологии. Пока что накопленная статистика по банкам стволовых клеток показывает, что в среднем востребованным оказывается каждый тысячный образец.

Применение стволовых клеток возможно на основе только хорошо отработанных технологий, эффективность которых доказана и подтверждена лицензией. "Лечение стволовыми клетками не такой простой вопрос, как кажется, - поясняет Валерий Григорьевич Савченко. - Например, при лечении лейкозов, прежде чем ввести донорские стволовые клетки, нужно освободить для них место, то есть уничтожить прежнее клеточное население - и больные клетки, и здоровые. И только потом, в "пустые квартиры", можно заселять новых "законопослушных" жильцов. Кроме того, пересаженным клеткам надо создать подходящие условия для роста, близкие к естественным. В противном случае либо начнется реакция отторжения, либо клетки станут размножаться неконтролируемо, формируя опухоль. К стволовым клеткам надо относиться, как к инструменту, с помощью которого можно создать "биологические костыли" и тем самым продлить жизнь больному. Например, очень перспективный метод лечения инсультов с помощью пуповинной крови, который пока опробован только на крысах, - это тоже не более чем попытка создать временный биологический протез, что-то вроде проволочного "жучка", которым заменяют перегоревшие пробки. Нейроны, образовавшиеся из донорских стволовых клеток, не сделают человека умнее, но свою электрическую функцию они выполнят. А это позволит пациенту начать двигаться, избежать потери мышечной массы и пролежней. Ведь при инсульте значительная часть пациентов умирает именно от последствий гиподинамии".

"Широко рекламируемые методики омоложения с помощью стволовых клеток к медицине никакого отношения не имеют, - подчеркивает Валерий Григорьевич. - Это миф, основанный на невежестве. Увлечение им пройдет, как прошло увлечение Чумаком и Кашпировским. К сожалению, мифы отвлекают общество от насущных проблем медицины. Есть реальные технологии (и трансплантация клеток пуповинной крови - одна из них), которые нужно развивать и тиражировать в регионах. Более того, технологии лечения серьезных заболеваний, например онкологических, следует рассматривать как национальное достояние. Вложение денег в медицину дает большую выгоду, но не в сиюминутном масштабе, а в долговременной перспективе".

16.05.2013 / в / от

Какие бывают стволовые клетки?

О стволовых клетках написано много, как познавательных, так и глубоко научных статей. Однако необходимо коснуться этого вопроса еще раз и напомнить читателю о основных видах стволовых клеток. Для простоты часть материала взята из открытого источника Википедия .

Классификация стволовых клеток

Стволовые клетки можно разделить на три основные группы в зависимости от источника их получения: эмбриональные, фетальные и постнатальные (стволовые клетки взрослого организма).

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. 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.

Клинические исследования с использованием ЭСК подвергаются особой этической экспертизе. Во многих странах исследования ЭСК ограничены законодательством.

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.

Фетальные стволовые клетки

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.

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 клетки-предшественницы . 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 и другие уникальные разновидности стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей.

Гемопоэтические стволовые клетки

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.

До начала использования пуповинной крови основным источником ГСК считался костный мозг . Этот источник и сегодня достаточно широко используется в трансплантологии . ГСК располагаются в костном мозге у взрослых, включая бедренные кости, рёбра, мобилизации грудины и другие кости. Клетки могут быть получены непосредственно из бедра при помощи иглы и шприца, или из крови после предварительной обработки цитокинами, включая G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), способствующий высвобождению клеток из костного мозга.

Вторым, наиболее важным и перспективным источником ГСК является пуповинная кровь. Концентрация ГСК в пуповинной крови в десять раз выше, чем в костном мозге. Кроме того, у этого источника есть ряд преимуществ. Важнейшие из них:

  • Возраст. Пуповинная кровь собирается на самом раннем этапе жизни организма. ГСК пуповинной крови максимально активны, поскольку не подвергались негативному воздействию внешней среды (инфекционные заболевания, нездоровое питание и т. д.). ГСК пуповинной крови способны создать большую клеточную популяцию в короткий срок.
  • Совместимость. Использование аутологичного материала, то есть собственной пуповинной крови гарантирует 100%-ную совместимость. Совместимость с братьями и сёстрами составляет до 25 %, как правило, возможно также использование пуповинной крови ребёнка для лечения других близких родственников. Для сравнения, вероятность нахождения подходящего донора стволовых клеток - от 1:1000 до 1:1000 000.

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) - мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты (клетки костной ткани), хондроциты (хрящевые клетки) и адипоциты (жировые клетки), кардиомиоциты, нервная ткань, гепатоциты. Свойства ММСК постоянно изучаются и с каждым годом открываются новые способности превращения этих клеток в другие типы клеток и тканей.

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 котрансплантация 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.

Тканеспецифичные прогениторные клетки

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.

Помимо вышеперечисленных типов стволовых клеток из традиционных источников в последнее время появился новый источник – это Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells, iPSC или iPS).

Этот совершенно новый тип удалось получить из клеток различных тканей (в первую очередь фибробластов) с помощью их перепрограммирования методами генетической инженерии.

В ранних работах iPS пытались получить путём слияния «взрослых» клеток с ЭСК. В 2006 г были получены iPS из сперматогониев мышей и людей.

В 2008 г были разработаны методы перепрограммирования «взрослых» клеток путем введения в них «эмбриональных» генов (в первую очередь генов транскрипционных факторов Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc и Nanog) с помощью аденовирусов и других векторов» При этом выяснилось, что перепрограммирование может индуцироваться временной экспрессией введённых генов, без их встраивания в геном клеток. Перепрограммирование клеток с целью превращения их в iPS было признано журналом Science главным научным прорывом 2008 г.

В 2009 году была опубликована работа, в которой с помощью метода тетраплоидной комплементации впервые было показано, что iPS могут давать полноценный организм, в том числе и его клетки зародышевого пути. iPS, полученные из фибробластов кожи мышей с помощью трансформации с использованием ретровирусного вектора, в некотором проценте случаев дали здоровых взрослых мышей, которые были способны нормально размножаться. Таким образом, впервые были получены клонированные животные без примеси генетического материала яйцеклеток (при стандартной процедуре клонирования митохондриальная ДНК передается потомству от яйцеклетки реципиента).

Синъя Яманака - японский ученый, профессор Института передовых медицинских наук (Institute for Frontier Medical Sciences) в Университете Киото, директор Центра по исследованию и применению iPS-клеток (Center for iPS Cell Research and Application (CiRA)) Университета Киото, ведущий исследователь Института сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона, Сан-Франциско.

Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2012 года.

В 2006 году впервые в мире получил индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки) , благодаря чему приобрел всемирную известность, а в 2012 году получил за эти работы совместно с английским учёным Джоном Гёрдоном нобелевскую премию по физиологии или медицине.

Заканчивая краткий обзор типов стволовых клеток необходимо отметить, что в клинической практике для лечения заболеваний применяются не все виды клеток и не для любых заболеваний .

Наиболее «безопасными» для применения в медицинской практике считаются аутологичные (собственные) клетки пациента полученные из жировой ткани, костного мозга или пуповинной крови, остальные типы клеток проходят разные стадии клинических испытаний и вероятно в скором времени займут свое место в арсенале лечебных инструментов клеточной терапии.

Теги:

Стволовые - это недифференцированные клетки, которые в качестве «запаса стратегического назначения» присутствуют в организме человека на любом из этапов его жизни. Особенностю является их неограниченная способность к делению и способность давать начало любым видам специализированных клеток человека.

Благодаря их наличию происходит постепенное клеточное обновление всех органов и тканей организма и восстановление органов и тканей после повреждения.

История открытия и исследования

Первым доказал существование стволовых клеток русский ученый Александр Анисимов. Это случилось в далеком 1909 году. Их практическое применение заинтересовало ученых намного позже, примерно в 1950 году. И только в 1970 году были впервые пересажены стволовые клетки больным с лейкозом, а данный метод лечения стал применяться во всем мире.

Примерно с этого времени изучение стволовых клеток было выделено в отдельное направление, начали появляться отдельные лаборатории и даже целые НИИ, разрабатывающие способы лечения при помощи клеток-предшественников. В 2003 году появилась первая российская биотехнологическая компания под названием «Институт стволовых клеток человека», которая на сегодняшний день является крупнейшим хранилищем образцов стволовых клеток, а также продвигает на рынке собственные инновационные лекарственные препараты и высокотехнологичные услуги.

На данном этапе развития медицины ученым удалось получить из стволовой клетки яйцеклетку, что в будущем позволит бесплодным парам иметь собственных детей.

Видео: Успешные биотехнологии

Где находятся клетки-предшественники

Стволовые клетки можно встретить практически в любой части человеческого тела. Они в обязательном порядке присутствуют в любой из тканей организма. Максимальное их количество у взрослого содержится в красном костном мозге, чуть меньше в периферической крови, жировой ткани, коже.

Чем более юным является организм, тем больше их он содержит, тем более эти клетки активные в плане скорости деления, и тем шире диапазон специализированных клеток, которым каждая клетка-предшественница может дать жизнь.

Откуда берут материал

  • Эмбриональные.

Наиболее «лакомыми» для исследователей являются стволовые клетки эмбрионов, так как чем меньше прожил организм, тем более пластичными и биологически активными являются клетки-предшественники.

Но если клетки животных исследователям получить не проблема, то любые опыты с использованием человеческих эмбрионов признаны неэтичными.

Это даже при том, что по статистике примерно каждая вторая беременность в современном мире заканчивается абортом.

  • Из пуповинной крови.

Доступными в плане морали и законодательных решений ряда стран являются стволовые клетки пуповинной крови, самой пуповины и плаценты.

В настоящее время создаются целые банки стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови, которые впоследствии можно будет использовать для лечения целого ряда заболеваний и последствий травм тела. На коммерческой основе именной «депозит» для своего ребенка предлагают сделать родителям многочисленные частные банки. Одним из аргументов против того, чтобы собирать и замораживать пуповинную кровь, является их ограниченное количество, которое можно получить таким путем.

Считается, что для восстановления кроветворения после химио- или радиотерапии собственных размороженных стволовых клеток будет достаточно только ребенку до определенного возраста и массы тела (до 50 кг).

Но не всегда нужно восстанавливать такое большое количество тканей. Для восстановления, например, того же хряща коленного сустава достаточно будет только малой части сохраненных клеток.

То же касается восстановления клеток поврежденной поджелудочной железы или печени. А так как стволовые клетки из одной порции пуповинной крови перед замораживанием разделяют на несколько криопробирок, то всегда можно будет использовать небольшую часть материала.

  • Получение стволовых клеток от взрослого человека.

Не всем посчастливилось получить от родителей свой «неприкосновенный запас» стволовых клеток из пуповинной крови. Потому на данном этапе разрабатываются способы их получения от взрослых людей.

Основными тканями, которые могут служить источниками, являются:

  • жировая ткань (взятая во время липосакции, например);
  • периферическая кровь, которую можно взять из вены);
  • красный костный мозг.

Стволовые клетки взрослых, полученные из разных источников, могут иметь некоторые отличия, связанные с потерей клетками универсальности. Так, например, клетки крови и красного костного мозга могут давать начало преимущественно клеткам крови. Они называются гемопоэтическими.

А стволовые клетки из жировой ткани намного легче дифференцируются (перерождаются) в специализированные клетки органов и тканей тела (хрящей, костей, мышц и проч.). Они получили название мезенхимальные.

В зависимости от маштабности задачи, которая стоит перед учеными, им может потребоваться разное количество таких клеток. Так, например, сейчас разрабатывают способы выращивания из них зубов, полученных из мочи. Их там не так уж и много.

Но учитывая тот факт, что зуб нужно вырастить лишь однажды, а срок службы его значительный, то и стволовых клеток на него нужно немного.

Видео: Покровский Банк Стволовых Клеток

Банки хранения биологического материала

Для хранения образцов создаются специальные банки. В зависимости от цели хранения материала они могут быть государственными. Их еще называют банками-регистраторами. Регистраторы хранят стволовые клетки безымянных доноров и могут на свое усмотрение предоставлять материал любым лечебным или исследовательским учреждениям.

Также есть коммерческие банки, которые зарабатывают деньги на хранении образцов от конкретных доноров. Использовать их могут только их владельцы для лечения себя или близких родственников.

Если говорить о востребованности образцов, то статистика здесь следующая:

  • в банках-регистраторах бывает востребован каждый тысячный образец;
  • материал, хранящийся в частных банках, бывает востребован еще реже.

Тем не менее, хранить именной образец в частном банке имеет смысл. Причин для этого несколько:

  • донорские образцы стоят денег, порой немалых, и сумма, требуемая для покупки образца и доставки его в нужную клинику, зачастую во много раз превосходит стоимость хранения собственного образца в течение нескольких десятилетий;
  • именной образец можно использовать для лечения кровных родственников;
  • можно полагать, что в будущем восстанавливать органы и ткани с использованием стволовых клеток будут намного чаще, чем это происходит в наше время, потому и спрос на них будет только расти.

Применение в медицине

Фактически единственное уже изученное направление их использования – это пересадка костного мозга как этап лечения лейкозов и лимфом. Некоторые исследования по реконструкции органов и тканей при помощи стволовых клеток уже достигли этапа проведения экспериментов на людях, но о массовом внедрении в практику врачей речь пока не идет.

Для получения новых тканей из стволовых клеток обычно необходимо выполнить следующие манипуляции:

  • забор материала;
  • выделение стволовых клеток;
  • выращивание стволовых клеток на питательных субстратах;
  • создание условий для превращения стволовых клеток в специализированные;
  • снижение рисков, связанных с возможностью злокачественного перерождения клеток, полученных из стволовых;
  • трансплантация.

Выделяют стволовые клетки из взятых для проведения эксперимента тканей при помощи специальных приборов, которые называются сепараторами. Существуют также и различные методики осаждения стволовых клеток, но результативность их во многом определяется квалификацией и опытом персонала, а также существует риск бактериального или грибкового заражения образца.

Полученные стволовые клетки помещают в специально подготовленную среду, которая содержит лимфу или сыворотку крови новорожденных телят. На питательном субстрате они многократно делятся, их количество увеличивается в несколько тысяч раз. Перед тем, как вводить в организм, ученые направляют их дифференцировку в определенную сторону, например, получают нервные клетки, клетки печени или поджелудочной железы, хрящевую пластинку и др.

Именно на этом этапе есть опасность их перерождения в опухолевые. Чтобы этого не допустить, разрабатываются специальные методики, снижающие вероятность ракового перерождения клеток.

Методы введения клеток в организм:

  • введение клеток в ткани непосредственно в том месте, где была травма или ткани были повреждены в результате патологического процесса (болезни): введение стволовых в область кровоизлияния в головной мозг или в место повреждения периферических нервов;
  • введение клеток в кровяное русло: так вводят стволовые клетки при лечении лейкозов.

За и против использования стволовых клеток с целью омоложения

Изучение и использование в СМИ все чаще называют способом достичь бессмертия или по крайней мере долголетия. Уже в далеких 70-х годах стволовые клетки в качестве омолаживающего средства вводили престарелым членам Политбюро КПСС.

Теперь же, когда появилось некоторое количество частных исследовательских биотехнологических центров, некоторые исследователи стали проводить омолаживающие инъекции стволовых клеток, взятых до этого у самого пациента.

Стоит такая процедура достаточно дорого, а вот результат ее никто гарантировать не может. Соглашаясь, клиент должен осознавать, что он участвует в эксперименте, так как многие аспекты их использования еще не изучены.

Видео: Что могут Стволовые клетки

Наиболее распространенными видами процедур являются:

  • введение стволовых клеток в дерму (процедура чем-то напоминает биоревитализацию);
  • заполнение кожных дефектов, добавление объема тканям (это уже больше похоже на использование филлеров).

Во втором случае используется собственная жировая ткань пациента и его стволовые клетки в смеси со стабилизированной гиалуроновой кислотой. Опыты на животных показали, что такой коктейль позволяет большему количеству жировой ткани прижиться и длительно сохранять объем.

Проводились первые эксперименты на людях, которым по данной методике удалялись морщины и проводилось увеличение молочных желез. Однако данных еще недостаточно, чтобы любой из врачей мог повторить данный опыт на своем пациенте, обеспечив ему гарантированный результат.