Стволовые клетки (Часть 1)

Стволовые клетки

Что такое стволовые клетки, в чем их особенность и каковы перспективы применения в восстановительной медицине?

В настоящее время основным методом замены органов у больного является пересадка от донора либо от внезапно умершего человека. Трансплантация это сложная и дорогостоящая процедура. При пересадках органов от доноров всегда существует вероятность их отторжения. Во избежание этого проводятся мероприятия по подавлению активности иммунной системы у больного, которому эта пересадка сделана, так как именно она отвечает за отторжение пересаженной ткани или органа. Огромную проблему сегодня представляет несоответствие количества больных, которым показана пересадка органов но жизненным показаниям, и количества донорских органов, пригодных для этого. Перспективы, которые открываются при возможном использовании для этих целей тканей и органов, выращенных из стволовых клеток, дают большие шансы для решения этих проблем.

Стволовые клетки 1

Это интересно
Стволовые клетки имеют замечательное свойство — в живом организме они способны развиваться в любой вид ткани! Именно этот процесс происходит в теле живого существа во время его формирования после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом и внутриутробного роста эмбриона. Кроме того, стволовые клетки можно считать внутренней системой ремонта организма, учитывая их способность практически без ограничений восполнять потери любого вида клеток в течение жизни организма.

Важной особенностью стволовых клеток является то, что при делении они могут образовывать как новые стволовые клетки, так и формировать клетки со специфическими функциями и способностями, например клетки мышечной ткани, крови или нервную клетку-нейрон. Иными словами, стволовые клетки отличаются от остальных видов клеток тканей организма по двум характерным свойствам. Во-первых, это неспециализированные клетки, которые могут находиться в таком состоянии длительное время и при своем делении образовывать такие же неспециализированные стволовые клетки. Во-вторых, при определенных физиологических или экспериментальных условиях из стволовых клеток может быть запущен механизм формирования клеток с конкретными функциями и структурой. В некоторых органах и тканях стволовые клетки постоянно делятся, восполняя при этом клеточный потенциал вместо погибших или дефектных клеток. Такой процесс происходит в костном мозге или кишечнике у человека. В то же время в других органах, например в поджелудочной железе или сердце, стволовые клетки могут начать делиться и формировать клетки этих органов только при специальных условиях.

Вспомним основные исторические вехи на пути по изучению эмбриональных стволовых клеток.

•  1878 год — попытка оплодотворения яйца млекопитающих животных вне их тела.
•  1959 год — первые сообщения о попытках экстракорпорального оплодотворения у животных (кроликов).
•  1960 год — исследования но изучению доброкачественных опухолей (тератокарцином) у мышей, которые показали, что в состав опухоли входят клетки, которые можно считать стволовыми.
•  1968 год — Роберт Эдвардс впервые оплодотворяет человеческую яйцеклетку вне организма (в пробирке).
•  1978 год — рождается Луиза Браун, первый ребенок, появившийся после зачатия путем экстракорпорального оплодотворения в Великобритании.
•  1980 год — рождается Кэндес Рид, первый ребенок, появившийся после зачатия путем экстракорпорального оплодотворения в Австралии.
•  1981 год — Эванс, Кауфман и Мартин получают стволовые клетки из эмбриона мышей и вырабатывают условия для их выращивания. В этом же году рождается Элизабет Карр, первый ребенок, появившийся после зачатия путем экстракорпорального оплодотворения в СТИЛ.
•  1994 год — исследование человеческой бластоцисты, созданной для экстракорпорального оплодотворения и пожертвованной донорами для исследований.
•  1995-1996 годы — получение стволовых клеток от эмбриона обезьяны.
•  1998 год — Томсон и соавторы получают человеческие стволовые клетки из эмбриональной массы нормальной бластоцисты, пожертвованной парами, проходящими лечение от бесплодия путем экстракорпорального оплодотворения. В этом же году Герхард и соавторы получают стволовые клетки и начинают выращивать их в .лабораторных условиях.
•  2000 год — группам ученых в Австралии и Сингапуре удается получить стволовые клетки и поддерживать их в жизнеспособном состоянии длительное время.
•  2001 год — начало исследований в направлении отработки методов, приводящих к дифференциации стволовых клеток в клетки со специфическим строением и функциями.

Впервые в условиях лаборатории получить стволовые клетки из ранних эмбрионов мышей удалось почти 30 лет назад, в 1981 году. Детальное изучение биологии стволовых клеток, развитие технологических особенностей работы с ними позволило в 1998 году разработать методику получения стволовых клеток из человеческих эмбрионов и выращивания их в лабораторных условиях. Эти клетки называются человеческими эмбриональными стволовыми клетками. Эмбрионы, которые использовались при этих исследованиях, получались путем искусственного или экстракорпорального оплодотворения и передавались для опытов с осознанного согласия и разрешения допоров, предоставлявших для этого материал. В 2006 году ученые совершили еще один значительный шаг по изучению особенностей стволовых клеток. Они определили условия, при которых изменения на генном уровне позволяют преобразовывать некоторые виды специализированных клеток в стволовые с формированием всех их характерных особенностей и возможностей.

Стволовые клетки чрезвычайно важны для живых организмов по многим причинам. Клетки, расположенные внутри 3-5-дневного эмбриона, называемого бластоиистом, дают начало для формирования тела будущего человека.

Внимание
Уникальные особенности стволовых клеток открывают реальные возможности для лечения многих заболеваний, в том числе и тех, которые появляются или обостряются вместе со старением организма. Появляются шансы борьбы с такими проблемами, как сахарный диабет, болезнь Паркинсона, инфаркт миокарда, инсульты, травмы и повреждения нервной ткани. Конечно, многое еще предстоит выяснить и уточнить, прежде чем можно будет сказать о том, что все технологические проблемы решены, но получаемые результаты внушают уверенный оптимизм.

Новые возможности открывает работа над изучением стволовых клеток и для разработки новых лекарств. Сейчас новые формы лекарственных препаратов, прежде чем быть разрешенными к применению, проходят длительные и дорогостоящие исследования, затем их воздействие изучается на лабораторных животных, и только после этого принимается решение о проведении исследований на человеческом организме, конкретном органе или ткани. Несмотря на все предпринимаемые меры при такого рода исследованиях, сохраняется большая доля риска для добровольцев, так как даже успешные и безопасные опыты, предварительно проведенные на животных, не всегда позволяют быть уверенными в безопасности человека. Все-таки организмы животного и человека различны в своих особенностях, возможностях и реакциях на введение новых препаратов. Разработка же методов выращивания конкретной ткани или органа из человеческих стволовых клеток позволит выяснять особенности влияния нового лекарственного вещества на конкретную ткань до участия в этих исследованиях добровольцев.

В организме человека различают эмбриональные стволовые клетки и так называемые взрослые стволовые клетки. Эмбриональные стволовые клетки получают из человеческих эмбрионов благодаря искусственному оплодотворению на ранних этапах их развития (3-5 день развития), из полового зачатка (5-недельного развития) или из тератокарциномы (доброкачественной опухоли), полученной в лабораторных условиях. После оплодотворения яйцеклетки через 4-5 дней образуется бластоциста, внутри которой находятся эмбриональные стволовые клетки, которые в процессе развития эмбриона формируют все его ткани и органы. Забор стволовых клеток из такого эмбриона осуществляется еще до его прикрепления к стенке матки. Все эмбриональные стволовые клетки, независимо от методов их получения, обладают следующими особенностями:

•  способны делиться и самовоспроизводиться в течение длительного периода времени;
•  являются неспециализированными клетками;
•  могут при своем делении создавать специализированные клетки.

Стволовые клетки способны к делению и самовоспроизводству длительное время, а также к неоднократному делению с образованием аналогичных стволовых клеток, в отличие от таких специализированных клеток, как, например, клетки крови, миоциты (клетки мышечной ткани) или нейроны (клетки нервной ткани). Эти клетки в обычных условиях не способны к делению и воспроизводству себе подобных. Стволовая клетка, при достаточных для этого условиях, созданных в лабораториях, может делиться очень долго, в течение месяцев, и дать «потомство» в миллионы таких же стволовых клеток. Большой интерес у исследователей вызывает выяснение механизмов, позволяющих стволовым клеткам иметь возможность к долгосрочному самообновлению. Почему эмбриональные стволовые клетки в лабораторных условиях размножаются без дифференциации? Какие факторы в живом организме регулируют их рост и деление? Как и почему начинается процесс их специализации в конкретную ткань? Получение ответов на эти вопросы поможет понять механизмы эмбрионального развития и бесконтрольного роста и деления клеток, в том числе и при опухолевом процессе. Эти вопросы чрезвычайно интересны, но и трудны в попытках их решения, ведь даже преодоление пути развития методов выращивания стволовых клеток от мышиных эмбрионов до овладения технологиями выращивания человеческих эмбриональных стволовых клеток заняло два десятилетия!