Стволовые клетки

Содержание

• Введение………………………………………………………………..…………..3
• Стволовые клетки………………..……………………….………………..….3
• Свойства и дифференцирующий потенциал……………..……...4
• Классификация стволовых клеток…..………………………………...6
• История развития стволовых клеток…………….………….……….10
• Использование стволовых клеток в медицине: проблемы

 и перспективы……………………………………………………………….....13

• Заключение………………………………………………………………………..15
• Библиографический список……………………………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Введение

        В данном реферате будут рассмотрены свойства стволовых клеток, а также проблемы их получения, перспективы и значение в современной медицине. В ходе работы я попытаюсь изучить и раскрыть все, возникшие у меня вопросы.

Для того, чтобы понять с чем мы имеем дело введем  понятие стволовые клетки:

Стволовые клетки — недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны само обновляться, 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 —  зиготы. 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.

Технология  стволовых клеток - это своеобразный ящик Пандоры, который скрывает многие тайны жизни, - но какова цена таких  открытий? В научном аспекте применение этой технологии кажется безграничным, но этические соображения и нормы  уже сейчас ставят барьеры на пути ее развития. Отношение научного сообщества к замене или регенерации вышедших из строя органов с использованием стволовых клеток весьма неоднозначно: одни связывают с новым направлением большие надежды, другие относятся  к нему с подозрением.

Прежде чем  методы терапии, основанные на применении стволовых клеток, войдут в медицинскую  практику, придется преодолеть множество  преград, как научных, так и общественно-политических. Необходимо рассматривать стволовые  клетки с научной, этической и  юридической точек зрения. Выражение  «неполное знание хуже полного невежества»  как нельзя более уместна в биотехнологии, где особенно необходимо досконально разобраться в вопросе, прежде чем высказываться «за» или «против».

Стволовые клетки

Стволовые клетки привлекли большой интерес, как  ученых, так и широкой общественности не только тем, что вполне могут стать  ключом к волшебному исцелению возрастных заболеваний сердца, но и тем, что  их непосредственное использование  в медицине выглядит очень притягательно. Специалистами в области клеточных  технологий созданы новейшие методики и соответствующие устройства по получению стволовых клеток не только из ткани костного мозга, но и из периферической крови, плаценты, пуповинной крови и т.д.

 Клиническая  практика показывает высокую  лечебную эффективность их использования  в различных профилях практической медицины (сердечнососудистые заболевания, болезни печени, органов пищеварения, кроветворной системы, опорно-двигательного аппарата, нервной системы, психической сферы, почек, мужской и женской половой сферы и др.).

Что же такое  стволовые клетки, и какие именно качества делают их особыми?

Стволовые клетки — это иерархия особых клеток живых  организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию  и далее развиваться как обычная клетка). Т.е. стволовыми называют клетки, не имеющие специализации и способные делиться и развиться в любой вид ткани. Это значит, что в организме взрослого человека существуют клетки, прошедшие все положенные этапы эмбрионального развития, но сохранившие способность при определенных условиях превращаться практически во все виды взрослых тканей - к примеру, в скелетные мышцы, костную ткань, клетки нервной ткани - нейроны, ткань печени, поджелудочной железы и так далее.

 Сейчас  уже стало ясно и практически  доказано, что такие клетки - это  универсальные «запасные» части,  которые используются организмом  для восстановления или «починки»  разных тканей. «Центральным складом»  этих клеток является костный  мозг (рис.1).

Рис.1 Хранилище стволовых клеток

Свойства и дифференцирующий потенциал

Все стволовые клетки обладают двумя  неотъемлемыми свойствами:

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

• 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

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

• Тотипотентные (омнипотентные) стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки эмбриональных и экстра эмбриональных 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.(рис.2)

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

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

Эктодерма даёт начало нервной системе, органам  чувств, переднему и заднему отделам  кишечной трубки, кожному эпителию. Из мезодермы формируются хрящевой и костный скелет, кровеносные  сосуды, почки и мышцы. Из энтодермы  — в зависимости от биологического вида — образуются различные органы, ответственные за дыхание и пищеварение. У человека это — слизистая оболочка кишечника, а также печень, поджелудочная железа и лёгкие.

• 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.

• 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.

 

 Рис.2 Потентность стволовых клеток

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

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 (много тканевого) 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.

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.

Характеристики  эмбриональных стволовых клеток

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

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

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

4. Факторы, которые определяют уникальность стволовых клеток, находятся не в ядре, а в цитоплазме. Это избыток мРНК всех 3 тысяч генов, которые отвечают за раннее развитие зародыша;

5. 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.

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.