Стволовые клетки и их применение в медицине

причины, так  и внешние. Любая клетка реагирует  на внешние раздражители,

в том числе  и на специальные сигналы цитокины. Например, есть сигнал

(вещество), служащий  признаком перенаселённости. Если  клеток становится

очень много, то этот сигнал сдерживает деление. В ответ на сигналы клетка

может регулировать экспрессию генов. 

Характеристики  эмбриональных стволовых  клеток 

    Тотипотентность — способность образовывать любую из примерно 350

типов клеток организма (у млекопитающих); 

    Хоуминг — способность стволовых клеток, при введении их в организм,

находить зону повреждения и фиксироваться  там, исполняя утраченную

функцию; 

    Факторы, которые определяют уникальность стволовых  клеток,

находятся не в  ядре, а в цитоплазме. Это избыток  мРНК всех 3 тысяч генов,

которые отвечают за раннее развитие зародыша;

Теломеразная активность. 

6

    При каждой репликации часть теломер утрачивается (лимит Хейфлика

или биочасы). В стволовых, половых и опухолевых клетках есть

теломеразная активность, концы их хромосом надстраиваются, то есть эти

клетки способны проходить потенциально бесконечное  количество

клеточных делений, они бессмертны. 

Стволовых клеток в нашем организме очень мало:

• у эмбриона—1 клетка на 10 тысяч,
• у человека в 60-80 лет —1 клетка на 5-8 миллионов.

 

    Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуются из внутренней

клеточной массы  на ранней стадии развития зародыша —  бластоциста.

Зародыш человека достигает стадии бластоциста на стадии 4-5 дней после

оплодотворения, бластоцист человека состоит из 50-150 клеток.

Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными. Это

означает, что  они могут дифференцироваться во все три первичных

зародышевых листка: эктодерму, энтодерму и мезодерму. Таким образом

образуются более 220 видов клеток. Свойство плюрипотентности отличает

эмбриональные стволовые клетки от полипотентных  клеток, которые могут

дать начало лишь ограниченному количеству видов  клеток. В отсутствие

стимулов к  дифференциации in vitro, эмбриональные стволовые клетки могут

поддерживать  плюрипотентность в течение многих клеточных делений.

Наличие плюрипотентных клеток у взрослого организма остается объектом

научных дискуссий, хотя исследования показали, что существует

возможность образования  плюрипотентных клеток из фибробластов

взрослого человека.

    Ввиду пластичности и потенциально неограниченного  потенциала

самообновления, эмбриональные стволовые клетки имеют перспективы

применения в  регенеративной медицине и замещении  поврежденных тканей.

Однако в настоящий  момент не существует никакого медицинского

применения эмбриональных  стволовых клеток. Стволовые клетки взрослых

организмов и  стволовые клетки спинного мозга  используются для терапии

различных заболеваний. Некоторые заболевания крови  и иммунной системы

(в том числе  генетические) могут быть вылечены такими неэмбриональными

стволовыми клетками. Разрабатываются методы лечения  с помощью

стволовых клеток таких патологий, как онкологические заболевания,

юношеский диабет, синдром Паркинсона, слепота и  нарушения работы

спинного мозга

    Существуют  как этические, так и технические  затруднения, связанные с

трансплантацией гематопоэтических стволовых клеток. Эти проблемы

связаны, в том числе, с гистосовместимостью. Такие проблемы могут быть

разрешены при использовании собственных стволовых клеток или путем

терапевтического  клонирования. 

7

Проблемы  генной и клеточной  терапии 

    Плюри- и мультипотентность стволовых клеток делает их идеальным

материалом для  трансплантационных методов клеточной  и генной терапии.

Наряду с региональными  стволовыми клетками, которые при  повреждении

тканей соответствующего органа мигрируют к зоне повреждения, делятся и

дифференцируются, образуя в этом месте новую  ткань, существует и

«центральный склад запчастей» — стромальные клетки костного мозга. Эти

клетки универсальны. Они, видимо, поступают с кровотоком в

поврежденный  орган или ткань и там под  влиянием различных сигнальных

веществ продуцируют  взамен погибших нужные клетки (хотя полученные

многочисленные  данные такого рода нередко критикуются  и требуют

дополнительной  проверки).

    В частности, установлено, что инъекция экспериментальным животным

стромальных клеток костного мозга в зону повреждения сердечной мышцы

устраняет явления  постинфарктной сердечной недостаточности. А

стромальные клетки, введенные свиньям с экспериментальным инфарктом,

уже через восемь недель полностью перерождаются  в клетки сердечной

мышцы, восстанавливая ее функцию. Результаты такого лечения  инфаркта

впечатляющи. По данным Американского кардиологического  общества, за

2008г. у крыс  с искусственно вызванным инфарктом  90% стромальных

клеток костного мозга, введенных в область сердца, трансформировались в

клетки сердечной  мышцы.

    Японские  биологи в лабораторных условиях получили клетки сердечной

мышцы из стромальных клеток костного мозга мышей. В культуру

стромальных клеток добавляли 5-азацитидин, и они начинали превращаться в

клетки сердечной  мышцы. Такая клеточная терапия  весьма перспективна для

восстановления  сердечной мышцы после инфаркта, поскольку для нее

используются  собственные стромальные клетки. Они не отторгаются, и,

кроме того, при  введении взрослых стволовых клеток исключена вероятность

их злокачественного перерождения.

    Широко  применяется терапия стромальными клетками в ортопедии. Это

связано с существованием особых белков, так называемых ВМР (костные

морфогенетические белки), которые индуцируют дифференцировку

стромальных клеток в остеобласты (клетки костной ткани). Клинические

испытания в  этом направлении дали многообещающие результаты.

Например, в США 91-летней пациентке с незаживающим в течение 13 лет

переломом вживили  специальную коллагеновую пластинку с нанесенными

на нее ВМР. Поступающие в зону перелома стромальные клетки

«притягивались» к пластинке и под влиянием ВМР превращались в

остеобласты. Через  восемь месяцев после установки  такой пластинки

сломанная кость  у больной восстановилась. Сейчас в США проходят

испытания и  скоро начнут применяться в клинике  специальные пористые 

8

губки, наполненные  одновременно и стромальными клетками и нужными

индукторами, направляющими  развитие клеток по требуемому пути.

    Большое значение придают стволовым клеткам (в частности,

стромальным) при лечении различных нейродегенеративных и

неврологических заболеваний — паркинсонизма, болезни  Альцгеймера,

хореи Гентингтона, мозжечковых атаксий, рассеянного склероза и др. Группа

неврологов из Американского национального института  неврологических

заболеваний и  Стэнфордского университета обнаружила, что стромальные

стволовые клетки костного мозга могут дифференцироваться в нейральном

направлении. Значит, костный мозг человека можно использовать как

источник стволовых  клеток для восстановления поврежденных тканей в

головном мозгу. При этом, видимо, возможен не только заместительный, но

и трофический  эффект трансплантата (это предположение  основано на том,

что положительное  действие трансплантата проявляется  через две недели, а

эффект замещения  возможен лишь спустя три месяца). Следовательно,

пациент может  стать собственным донором, что  предотвратит реакцию

иммунологической  несовместимости тканей.

Весьма перспективны также попытки использовать стволовые  клетки

пуповины и  плаценты в клинике. В целом для  успешной пересадки

стволовых клеток, независимо от области применения, очень важно

научиться сохранять  их жизнеспособность. Ее можно повысить, если в геном

пересаживаемых  нейронов вводить гены ростовых нейротрофических

факторов, которые  служат защитой от апоптоза. Такие попытки ведутся в

различных лабораториях США и Европы.

    Больших успехов в изучении и практическом использовании стволовых

клеток добились и отечественные исследователи. Специалисты из Института

акушерства, гинекологии  и перинатологии РАМН выделили региональные

нейральные стволовые клетки и впервые получили их подробную

иммуногистохимическую характеристику, в том числе на проточном

флюориметре. В опытах с пересадкой стволовых нейральных клеток

человека в  мозг крыс показана их приживляемость, миграция на достаточно

большие расстояния (несколько миллиметров) и способность  к

дифференцировке, которая в значительной степени  определялась

микроокружением трансплантата. Например, при пересадке  нейральных

клеток человека в область мозжечка крысы, где  расположены клетки

Пуркинье, они развиваются в направлении именно этого типа клеток. Об

этом свидетельствует синтез в них белка калбиндина, специфического

продукта клеток Пуркинье.

    Отечественные биологи (Институт биологии гена РАН, Харьковский

институт криобиологии и фирма «Виола») впервые разработали

оригинальную  методику индукции в культуре: стромальные стволовые

клетки дифференцировались в направлении клеток, похожих  на клетки

островков Лангерганса, содержащих инсулин. Наличие этого белка в них 

9

определяли с  помощью современных методов  молекулярной биологии и

цитологии. Самое  интересное, что в культуре эти  клетки формируют