Стволовые клетки (Часть 2)
Стволовые клетки — неспециализированные. Их особенностью является то, что они не имеют характерных для какого-то вида клеток структурных особенностей, благодаря которым смогли бы выполнять определенные функции. Даже находясь но соседству со специфическими клетками тканей в различных органах, они не могут выполнять их функции. Так, располагаясь среди кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы), они не принимают участия в перекачивании крови, среди клеток крови — не участвуют в переносе кислорода, как, например, эритроциты, и т. д. Тем не менее стволовые клетки могут при делении дать начало как клеткам сердечной мышцы, так и клеткам крови или нервной ткани!
Стволовые клетки 2
Стволовые клетки могут также дать начало специализированным клеткам. Этот процесс происходит не одномоментно и включает в себя несколько этапов. По мере прохождения этих этапов клетка все больше и больше приобретает характерные черты той клетки, в которые она развивается. Важнейшее значение в понимании процессов специализации стволовых клеток имеют попытки понять, изучить и по возможности взять под контроль механизмы, запускающие этот процесс. Ученые только начинают выявлять и понимать сигналы, которые вызывают каждый шаг но дифференциации стволовой клетки. Исследователи пришли к выводам, что в этих механизмах могут участвовать как внутренние сигналы, исходящие из клетки, так и внешние. Когда речь идет о внутренних сигналах, то вероятнее всего предположить, ч то на нитях ДНК, составляющих гены клетки, записана закодированная инструкция для всех клеточных структур и функций. Выполнение этих инструкций и приводит к процессам изменения стволовой клетки. Если же говорить о внешних сигналах, то в данном случае речь может идти о воздействии па стволовую клетку химических веществ, выделяемых другими клетками организма, либо ее реакции па взаимодействие молекул определенной химической структуры. Можно, кроме того, учитывать фактор физического контакта с соседними клетками.
Изучение механизмов запуска процессов преобразования стволовых клеток в клетки специфических тканей еще не завершено. Много вопросов предстоит выяснить. Например, являются ли внутренние и внешние сигналы для начала дифференцировки одинаковыми для всех видов стволовых клеток? Можно ли установить конкретный перечень сигналов, запускающий этот процесс, и есть ли возможность повторить их искусственным путем? Тема управления процессами диффереицировки стволовых клеток — ключевая в решении проблем их использования в восстановительной медицине. Поняв и сумев овладеть этим процессом, мы получим огромные возможности для его практического применения и сделаем значительный шаг в решении многих проблем, связанных с некоторыми заболеваниями и процессами старения человеческого организма!
Внимание
Важно отметить и помнить, что эмбриональные стволовые клетки никогда не получаются от эмбрионов, развивающихся в организме женщины! Они получаются только при искусственном оплодотворении женской яйцеклетки мужской половой клеткой искусственным путем, то есть вне организма, при осознанном согласии на это доноров половых клеток!
Забор стволовых клеток из бластоцисты, внутри которой они находятся, производится до ее прикрепления к стенке матки. Затем эти клетки помещаются в определенные емкости, содержащие специальный бульон, являющийся питательной средой. При соблюдении соответствующих условий эмбриональные стволовые клетки начинают процесс деления, приводящий к появлению таких же недифференцированных эмбриональных стволовых клеток на протяжении достаточно длительного периода. Полученные клетки подвергаются замораживанию, могут храниться в таких условиях длительное время и использоваться при необходимости, доставляясь в лаборатории и научные центры в любую точку земного шара. Фактически из одного эмбриона можно получить количество эмбриональных стволовых клеток, достаточное для исследования и экспериментов. В настоящее время сообщается о наличии более 400 000 замороженных клеток, полученных от доноров для экстракорпорального оплодотворения и оставшихся невостребованными.
Естественно, на каждом этапе производства эмбриональных стволовых клеток проводится контроль соответствия их показателям, которые характеризуют такие клетки. Для этого исследуются их генетические особенности, изучаются возможные повреждения хромосом, делаются контрольные пересадки стволовых клеток мышам, иммунная система которых подавлена специальными методами. В организме таких мышей при пересадке им человеческих эмбриональных стволовых клеток формируется доброкачественная опухоль — тератома, при микроскопическом исследовании ее состава определяются недифференцированные эмбриональные стволовые клетки.
Отдельно продолжаются исследования по выяснению факторов, запускающих механизмы превращения эмбриональных стволовых клеток в специализированные. Для этого проводятся эксперименты над изменениями в составе питательной среды, в которой находятся стволовые клетки. С определенным успехом предпринимаются попытки изменения стволовых клеток путем включения — выключения определенных генов в их ядре.
В отличие от эмбриональных стволовых клеток, взрослые стволовые клетки существуют в сформировавшемся организме. Они обычно при своей дифференциации образуют клетки той ткани, в которой «проживают». Так, взрослые стволовые клетки, находящиеся в костном мозге, обычно формирую т клетки крови, восполняя их естественную убыль в процессе жизни. Принято считать, что стволовые клетки костного мозга не могут дифференцироваться в клетки других тканей, таких как, например, мышечная или нервная. Однако результаты, полученные при некоторых исследованиях, говорят о том, что при определенных условиях можно добиться формирования клеток другой структуры из взрослых стволовых клеток костного мозга. Дискуссий но этим вопросам много, как и вариантов для их подтверждений или опровержений!
Исследования взрослых стволовых клеток, которые живут среди клеток тканей взрослого сформировавшегося организма, их обнаружение в тканях, клетки которых считались не способны к восстановлению, вызвали огромный интерес. Такие результаты дали возможность предположить возможность использования полученных взрослых стволовых клеток для их последующей трансплантации. Эти предположения увенчались успехом. Пересадка стволовых клеток костного мозга, которые еще называют кроветворными стволовыми клетками, успешно применяется уже па протяжении 40 лет! Чрезвычайно заманчивыми можно считать перспективы, открывающиеся при этом с получением данных об обнаружении стволовых клеток в человеческом мозге и сердце! Не исключено, что эти виды клеток также могут стать основой для развития новых направлений в трансплантологии.
Взрослые стволовые клетки были обнаружены не только в миокарде и мозге. В результате исследования установлено их наличие в тканях периферической крови, кровеносных сосудов, скелетных мышц, коже, зубах, кишечнике, печени, яичниках у женщин и яичках у мужчин. Считается, что они находятся в небольших количествах в так называемых нишах стволовых клеток, среди обычных клеток той или иной ткани, где могут находиться длительное время в неактивном спокойном состоянии, не подвергаясь делению. При определенных условиях они начинают процесс дифференциации, приводящий к образованию конкретных специфических клеток органа или ткани взамен утерянных из-за болезни или повреждения.
В настоящее время многочисленные исследования направлены на получение технологии нахождения «ниш» взрослых стволовых клеток, выделения их оттуда, стимулирования их к делению и производству дифференцированных клеток в количестве, достаточном для их пересадки в больной или поврежденный орган. Такие работы проводятся в отношении возможного использования взрослых стволовых клеток, полученных из костного мозга для лечения сахарного диабета I типа, путем дифференцировки их в клетки, вырабатывающие инсулин аналогично клеткам поджелудочной железы. Изучаются также возможности по замене кардиомиоцитов — клеток сердечной мышцы, погибших или поврежденных при инфаркте миокарда.
В настоящее время установлены некоторые варианты развития и дифференцировки взрослых стволовых клеток, которые удалось обнаружить и выделить из тканей и органов взрослого человека. Так, известно, что из взрослых стволовых клеток костного мозга могут формироваться все типы клеток крови: эритроциты и все виды лейкоцитов, включая клетки, обеспечивающие иммунный ответ организма. Из взрослых стволовых клеток внутренних органов и тканей установлена возможность формирования клеток костной ткани (остеоцитов), клеток хрящевой ткани (хондроцитов), клеток жировой ткани (адипоцитов) и других видов соединительной ткани, например сухожилий. Стволовые клетки, выделенные в нервной ткани, могут дифференцироваться в три вида клеток: собственно нервные клетки (нейроны) и нервные клетки, имеющиеся в структуре головного и спинного мозга: астроциты и олигодендроциты. Практически все виды клеток кишечника получены из стволовых клеток, выделенных из эпителия (внутренней оболочки) кишечника. Аналогичными оказались и результаты при работах по изучения взрослых стволовых клеток кожи человека.
Несмотря на полученные результаты, достаточно большое количество аспектов, касающихся взрослых стволовых клеток, требует изучения и уточнений. Много ли видов взрослых стволовых клеток существует у человека? Во всех ли тканях они присутствуют? До конца не выяснено, как взрослые стволовые клетки существуют в процессе роста и развития взрослого человеческого организма. Как и почему они сохраняются во взрослом организме? Являются ли они остатками эмбриональных стволовых клеток или возникают как-то иначе? Почему взрослые стволовые клетки длительное время могут находиться в недифференцированном состоянии среди полностью дифференцированных клеток, выполняющих конкретные функции? Что и как управляет ими в период нахождения в «нише»? Все ли взрослые стволовые клетки можно подвергнуть «перепрограммированию» и выращивать из стволовых клеток костного мозга клетки нервной ткани? Если такое возможно, то как надежно и эффективно управлять этими процессами? Каковы механизмы, регулирующие процессы начала их деления и дифференцировки после длительного пребывания в стабильном состоянии? С помощью каких методов можно будет доставлять и фиксировать стволовые ткани или клетки, полученные при их дифференцировке, к месту заболевания или повреждения в органе?
В чем отличие эмбриональных и взрослых стволовых клеток и каково влияние этих отличий на возможности их использования в восстановительной медицине? Одним из основных отличий между эмбриональными и взрослыми стволовыми клетками считается различие в их способности к дифференцировке. Считается, что эмбриональные стволовые клетки обладают способностью развиваться в любой вид клеток, то есть формировать ткани любого органа, в то время как взрослые стволовые клетки, как считают большинство исследователей в настоящее время, способны дифференцироваться лишь в клетки тех тканей, в которых они находятся. Еще одно различие: эмбриональные стволовые клетки, полученные из бластоцист эмбрионов, достаточно легко выращиваются в лабораторных условиях, в то время как взрослые стволовые клетки встречаются в тканях взрослого организма достаточно редко и пока существуют трудности в их извлечении из организма и выращивании вне его. До конца не получен ответ на вопрос об особенностях в пересадке тканей, выращенных из эмбриональных стволовых клеток и взрослых стволовых клеток, так как неизвестно, возможно ли отторжение тканей, выращенных из эмбриональных стволовых клеток доноров? Исследования в этом направлении только начинаются. Использование при пересадках тканей, полученных из взрослых стволовых клеток самого организма, теоретически даст основания предполагать значительно меньшую вероятность их отторжения иммунной системой, поскольку они не являются чужеродными для организма.
Возможности перепрограммирования взрослых стволовых клеток позволяют получать дифференцированные клетки тканей, полученные из стволовых клеток, выделенных из других органов и тканей организма. Эти механизмы можно попытаться осуществить на генном уровне, и работы в этом направлении уже ведутся. Положительные результаты о попытках перепрограммирования взрослых стволовых клеток у мышей получены в 2006 году. Аналогичные отчеты об опытах над взрослыми стволовыми клетками человека опубликованы в конце 2007 года. Интерес представляет и отработка технологии перепрограммирования. В настоящее время для изменения в структурах генов применяются методы введения в клетку вирусов, которые несут в себе определенную информацию. Разрабатываются и исследуются способы невирусных вариантов доставки внутрь взрослой стволовой клетки необходимых факторов, влияющих на пути ее дифференцировки. Это только первые результаты, и еще предстоит выполнить огромное количество исследований, прежде чем будут сделаны однозначные выводы о возможности применения методов перепрограммирования в восстановительной медицине. Но открывающиеся перспективы чрезвычайно интересны!