Стволовые клетки - мифы, реальность и надежда

О типах стволовых клеток, потенциале их практического применения в лечении различных патологий, а также связанных с их применением рисках.

 Журнал Science в 1999 году признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием века в биологии - после расшифровки двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека. В 2012 году лауреатами Нобелевской премии в области медицины и физиологии стали ученые Синъя Яманака и Джон Гёрдон за исследования в области стволовых клеток. Нобелевским лауреатам удалось доказать возможность перепрограммирования зрелых клеток в плюрипотентные. 

Открытие стволовой клетки стоит в одном ряду с такими великими достижениями человечества, как открытие двуспиральной цепочки ДНК или расшифровка генома человека. Журнал Science назвал 1999 год "годом стволовой клетки".
Стволовыми клетками называют клетки-предшественники, из которых образуются при необходимости все другие типы клеток, составляющие различные органы и ткани человека. Термин "стволовая клетка" впервые ввел в 1908 году русский гематолог из Санкт-Петербурга А.Максимов. Значительный объем исследований стволовых клеток проведен биологами А. Фриденштейном и И.Чертковым в России, в 60-х годах прошлого века. Именно они открыли мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в костном мозге, обладающие уникальной регенерационной способностью. Открытие это осталось практически незамеченным еще почти полвека. Бум в исследованиях в этой области начался с 1998 года, когда американскими учеными были открыты эмбриональные стволовые клетки человека и показана их способность дифференцироваться практически в любые типы клеток человеческого организма. Однако применение эмбриональных стволовых клеток во всем мире, включая Россию, в настоящее время заморожено, т.к. не доказана их безопасность в плане онкогенности.

Только в 1981 году американскому ученому Мартину Эвансу впервые удалось выделить недифференцированные плюрипотентные линии стволовых клеток из эмбриобласта (внутренней клеточной массы) бластоцисты мыши.
В 1998 году Д. Томпсон и Д. Герхарт изолировали бессмертную линию эмбриональных стволовых клеток, а в 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".

Существование стволовых клеток в некоторых тканях сначала было предсказано теоретически. Вильсон [Wilson E. В., 1896] еще в первом издании своей книги "Клетка в развитии и наследственности" предположил существование стволовых клеток, обеспечивающих поддержание сперматогенеза. А.А. Максимов в 1908 г. постулировал существование стволовой кроветворной клетки. Исследования в области стволовых клеток крови активно развивались с начала 50-х годов.Изучение кинетики клеточных популяций в быстро обновляющихся тканях, таких как кровь, эпителий кишечника, эпидермис, показало, что в них происходит очень быстрая смена дифференцированных клеток. Так, в процессе гемопоэза у человека ежечасно продуцируется, и, следовательно, разрушается 1 миллиард эритроцитов и 100 миллионов лейкоцитов. Такое количество специализированных клеток, естественно, может быть обеспечено только за счет пролиферации некоторого числа самоподдерживающихся клеток, которые стали рассматривать как стволовые.
Основные элементы концепции стволовых клеток были разработаны при изучении системы гемопоэза и в дальнейшем распространены на другие быстро обновляющиеся ткани, в частности эпидермис. В последнее время появились сообщения о том, что стволовые клетки присутствуют и в таких органах как центральная нервная система, где ранее их существование не предполагали. Биологическая значимость стволовых клеток заключается в том, что они играют ведущую роль в организации многоклеточных организмов и являются центральным элементом структурно-функциональных единиц тканей и органов. Пролиферативный потенциал стволовых клеток в обновляющихся тканях очень велик и продолжительность жизни популяции стволовых клеток может значительно превосходить продолжительность жизни организма, что было показано путем последовательного пассирования гемопоэтических стволовых клеток мышам, получившим летальную дозу облучения. Такие же данные существуют для стволовых клеток кожи. Детальное изучение стволовых клеток даст возможность применять эти клетки не только для развития методов клеточной терапии, но и для изучения действия новых лекарства и изучения механизмов возникновения дефектов и аномалий развития человека.

Корнем иерархии стволовых клеток является тотипотентная зигота. Первые несколько делений зиготы сохраняют тотипотентность и при потере целостности зародыша это может приводить к появлению монозиготных близнецов. К ветвям иерархии относятся плюрипотентные (омнипотентные) и мультипотентные (бластные) стволовые клетки. Листьями (конечными элементами) иерархии являются зрелые унипотентные клетки тканей организма.
Нишами стволовых клеток называются места в ткани, где постоянно залегают стволовые клетки, делящиеся по мере надобности для дальнейшей дифференциации.
Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления.
Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят несколько стадий. В результате, в организме имеется ряд популяций стволовых клеток различной степени зрелости. В нормальном состоянии, чем более зрелой является клетка, тем меньше вероятность того, что она сможет превратиться в клетку другого типа. Но всё же это возможно благодаря феномену трансдифференцировки клеток (англ. Transdifferentiation).
ДНК во всех клетках одного организма (кроме половых), в том числе и стволовых, одинакова. Клетки различных органов и тканей, например, клетки кости и нервные клетки, различаются только тем, какие гены у них включены, а какие выключены, то есть регулированием экспрессии генов (англ. Regulation of gene expression), например, при помощи метилирования ДНК. Фактически, с осознанием существования зрелых и незрелых клеток был обнаружен новый уровень управления клетками. То есть, геном у всех клеток идентичен, но режим работы, в котором он находится - различен.
В различных органах и тканях взрослого организма существуют частично созревшие стволовые клетки, готовые быстро дозреть и превратиться в клетки нужного типа. Они называются бластными клетками. Например, частично созревшие клетки мозга - это нейробласты, кости - остеобласты и так далее. Дифференцировку могут запускать как внутренние 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.

ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ (ТОТАЛЬНОПОТЕНТНЫЕ) СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ.

Эмбриональные стволовые клетки являются самыми ранними в своем роде, поскольку служат родоначальниками гемопоэтических и стромальных стволовых клеток, как бы являясь стволовыми для этих стволовых клеток. Поэтому, эмбриональные стволовые клетки еще называют тотальнопотентными (тоти- плюрипотентными).

В некоторых случаях, например, при обширных поражениях сердца, невозможно безопасно извлечь большое количество клеток (кардиомиоцитов) из организма пациента с целью культивирования и последующего повторного введения. В то же время, применение с целью лечения незрелых - стромальных стволовых клеток недостаточно эффективно, поскольку они плохо встраиваются в поврежденную мышцу сердца.

Скандальные истории, рассказывающие о «черном бизнесе» на клеточных технологиях; обвинения в том, что введение стволовых клеток якобы приводит к мутациям и онкологии; появление сомнительных «клеточных» препаратов с последующими разоблачениями  в свое время бросили тень на всю «стволовую» медицину. И все же именно в этой области сегодня происходят выдающиеся открытия, дающие основания надеяться, что человечество сможет победить самые тяжелые и даже неизлечимые недуги. Разобраться в том, где правда, а где вымысел, непросто, но все же возможно.

Ученые открыли стволовые клетки более ста лет назад. И все это время  стволовые клетки продолжают будоражить умы исследователей. Ведь эти клетки обладают удивительной, уникальной способностью не только самовоспроизводиться, но и видоизменяться, превращаясь в любые другие типы клеток и тканей нашего организма. Вдумайтесь только — всего из одной стволовой клетки в течение девяти месяцев в утробе матери вырастает многоклеточный человечек! И в течение всей жизни стволовые клетки постоянно помогают нам регенерировать поврежденные ткани, направляясь именно в те места, где произошла «поломка».
Самые большие запасы стволовых клеток ученые обнаружили в костном мозге и в жировой ткани человека. К примеру, всего в 20 граммах жировой ткани человека содержится один миллион стволовых клеток.

 И все же запасы стволовых клеток не вечны — они иссякают с возрастом; организм усиленно расходует их при хронических заболеваниях. Многие годы ученые всего мира  пытались найти способы возобновления запаса стволовых клеток в человеческом организме. И вот сегодня такие методики известны и уже широко применяются в медицине. Их используют в кардиологии для лечения пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями; в ожоговой терапии — для восстановления поврежденных кожных покровов; в онкогематологии (пересадку стволовых клеток костного  мозга уже больше двадцати лет проводят пациентам со злокачественными заболеваниями крови)...  

Похожие публикации