Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стволовые клетки

Стволовые клетки - иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка). Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться. Стволовые клетки являются предшественниками клеток всех органов и тканей человека, из которых формируются клетки всех других типов - кроветворной, нервной и сердечно-сосудистой системы, эндокринных органов, костной, хрящевой и мышечной тканей. Миллиарды клеток растущего организма происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской (сперматозоид) и женской (яйцеклетка) половых клеток (гамет). Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему его последовательного развития. В течение нескольких первых дней деления этой клетки образуется шарик из совершенно одинаковых неспециализированных клеток. Примерно через шесть-семь дней этот шарик образует бластоцисту, которая состоит из наружного слоя клеток (эктодермы), окружающего полость, наполненную жидкостью и стволовыми клетками (мезодермы), которые и дадут начало всем остальным клеткам организма. Именно поэтому такие стволовые клетки называют тотипотентными, или всемогущими.

«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», - говорит член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин.

Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, особый интерес к этой области клеточной биологии появился в последнее десятилетие ХХ века.

В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».

Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

И правда, стволовые клетки - прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.

Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.

Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции.

Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать «запчастями» для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно искусственно выращивать эмбрионы - стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

Стволовые клетки - «ремонтная бригада» организма. Стволовые клетки в организме взрослого человека вырабатывает костный мозг. Это основной их источник, но далеко не единственный. Также стволовые клетки обнаружены и в жировой ткани, коже, мышцах, печени, легких, сетчатке глаза, практически во всех органах и тканях организма. Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей.

Историческая справка. Термин «стволовая клетка» был введён в научный обиход русским гистологом Александром Максимовым (1874-1928). Он постулировал существование стволовой кроветворной клетки. На заседании Общества Гематологов в Берлине 1 июня 1909 года он ввел понятие «Stammzelle», подразумевая под этим определением лимфоцит в более широком значении этого слова, как клетку, способную быть стволовой в современном понимании этого слова. В шестидесятые годы XX века Тил и Маккулох, а также Меткалф и его сотрудники показали, что внутривенное введение костномозговых клеток от здоровой сингенной к летально облученной мыши приводит к образованию колоний из клеток всех направлений гемопоэтической дифференцировки в селезенке. С разработкой клонального метода для выявления клеток предшественников in-vitro, так называемых колониеобразующих единиц (КОЕ), стало возможным проследить за дифференцировкой всех миелоидных ростков. Фриденштейн А.Я. и его сотрудники впервые показали, что в костном мозге, помимо гемопоэтических имеются стромальные стволовые клетки, которые при культивировании формировали колонии фибробластноподобных клеток. Пересадка таких колоний под капсулу почки мыши в диффузионной камере приводило к формированию костной или адипозной ткани. В 1981 году американский биолог Мартин Эванс впервые выделил недифференцированные плюрипотентные линии стволовых клеток - бластоцисты мыши. В 1998 году Д. Томпсон и Д. Герхарт выявили бессмертную линию эмбриональныхстволовых клеток (ЭСК). 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». В 2009 году южно-корейского ученого Хуанг Ву-Сук обвинили в мошенничестве, связанном с его исследованиями в области клонирования стволовых клеток. Он утверждал, что он и его команда извлекли ткани из клонированных человеческих эмбрионов, которые были идентичны ДНК 11 пациентов. Однако университетская комиссия, проводившая расследования, выяснила, что все 11 наборов данных были произведены от 2 линий стволовых клеток.

Описание. Корнем иерархии стволовых клеток является тотипотентная зигота. В ходе первых нескольких делений зиготы млекопитающих бластомеры 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. Вторая характерная особенность стволовых клеток заключается в том, что при их делении одна из дочерних клеток дифференцируется, а вторая остается стволовой. За счет этого стволовые клетки образуют самоподдерживающуюся популяцию. Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят несколько стадий. В результате в организме имеется ряд популяций стволовых клеток различной степени зрелости. В норме, 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 в большинстве клеток 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, например, путем метилирования ДНК. Фактически, с осознанием существования зрелых и незрелых клеток был обнаружен новый уровень управления клетками. 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.

Откуда берутся стволовые клетки. По своему происхождению стволовые клетки разделяют на эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека. Существует несколько источников получения СК.

Источником эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) является бластоциста - зародыш, который формируется к пятому дню после оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток есть недостатки. Во-первых, эти клетки способны спонтанно давать тератомы - доброкачественные опухоли (что стало основой мифа о непременной связи клеточной терапии с раком). Во-вторых, использование этих клеток для лечения требует иммуносупрессии, т.к. они вызывают реакцию иммунного отторжения, как и любые гетерологичные клетки. В настоящее время ЭСК не используются для лечения болезней, клинические испытания только планируются.

Фетальные стволовые клетки получают из абортивного материала на 6-12 неделе беременности. Такие клетки уже начали свое развитие в определенном направлении (специализацию в клетки определенного вида ткани) и не опасны с точки зрения онкологии. С этими клетками связана большая часть мифов о клеточной терапии - например, о принуждении женщин к абортам для получения СК (на самом деле в нашей стране, к сожалению, производится так много абортов, что даже при самом широком развитии фетальной терапии не было бы никакого недостатка в материале).

Помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Для использования подобных технологий требуется жесткий клинический и вирусологический контроль. Тем не менее, существует множество работ и исследований, в рамках которых доказан огромный потенциал данной технологии как альтернативы использования собственных СК.

Источником стволовых клеток является также плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако количество стволовых клеток в пуповинной крови недостаточно велико, и эффективное их применение возможно только однократно для самого ребёнка до 10 лет.

Самым доступным источником стволовых клеток является костный мозг человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальная. В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый - это гемопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй - это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани. Кроме того, хороший источник СК - жировая ткань. Найдены и другие источники СК в организме взрослого человека.

Зачем нужны стволовые клетки. Если у человека есть свои стволовые клетки, то почему органы сами не регенерируют после повреждения?

Причина в том, что в процессе взросления, пережитых болезней, травм или несчастных случаев - у человека наблюдается катастрофическое снижение количества стволовых клеток: при рождении - 1 стволовая клетка встречается на 10 тысяч, к 20 - 25 годам - 1 на 100 тысяч, к 30 - 1 на 300 тысяч. К 50-летнему возрасту в организме уже остается всего 1 стволовая клетка на 500 тысяч, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, гипертония и т.д.

Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжёлых заболеваний, а так же нарушение механизма их выброса в кровь, лишает организм возможностей эффективной регенерации, в результате чего жизнедеятельность тех или иных органов истощается.

Увеличение количества стволовых клеток в организме приводит к интенсивной регенерации и восстановлению повреждённых тканей и больных органов за счёт образования молодых, здоровых клеток на месте утраченных. Современная медицина уже обладает такой технологией - она называется клеточной терапией.

Что такое клеточная теория. Организм человека развивается до 25 лет, после чего начинается процесс старения, когда с каждым днём человек замечает за собой не самые приятные изменения своего тела. Возрастные изменения кожи, изменения в деятельности эндокринных и половых желез, мышечных тканей, иммунной и нервной систем также связаны с истощением запаса стволовых клеток.

Для компенсации этого запаса и необходима клеточная терапия. Здоровым людям нет необходимости начинать поддерживающую терапию ранее 35 лет. Напротив, всем кто перенёс серьёзные болезни, травмы, ожоги или отравления, процедуры показаны в любом возрасте.

Отечественная наука и медицина обладают одним из лучших потенциалов в области исследования и применения клеточной терапии в мире. Первые направленные поиски в области стволовых клеток костного мозга человека начались в результате методического прорыва, осуществленного Александром Яковлевичем Фриденштейном в середине 70-х годов ХХ века. В его лаборатории впервые была получена культура стволовых клеток костного мозга. После прекращения деления стволовые клетки под влиянием условий культивирования превращались в костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткань. Пионерские разработки А.Я. Фриденштейна заслужили международное признание.

С помощью терапевтической трансплантации стволовых клеток имеется возможность лечить или использовать в качестве сопровождающей терапии целый спектр заболеваний - сахарный диабет, атеросклероз, ишемическую болезнь сердца, хронические заболевания суставов, застарелые травмы, гепатиты и циррозы печени, аутоиммунные заболевания, болезни Альцгеймера и Паркинсона, синдром хронической усталости. С помощью клеточной терапии быстро заживают ожоги, раны, язвы и рубцы кожи, осуществляется реабилитация после инсультов и черепно-мозговых травм, проводится комплексная программа регенерации (улучшение функциональных способностей организма и качества жизни) и мезотерапия лица, рук, проблемных (вялых) зон и всего тела.

Клеточная терапия используется как поддерживающая терапия при рассеянном склерозе, сексопатологиях и бесплодии у мужчин и женщин, онкологических заболеваниях.

Правда в том, что использование стволовых клеток не является панацеей. Так, их применение в онкологии не приводит к излечению от рака. Однако имеется ряд уникальных программ, направленных на реабилитацию больных в период ремиссии и перерывов между курсами химиотерапии.

Больные, получающие такой курс, значительно лучше переносят все процедуры, уменьшается количество осложнений, появляется возможность повторить процедуры раньше. Таким образом, шансы на успех значительно возрастают. Помимо этого, стволовые клетки обладают и доказанным противораковым эффектом: они сдерживают процессы развития опухоли и активизируют иммунную систему.

Характеристики эмбриональных стволовых клеток

1. Тотипотентность - способность образовывать любую из примерно 350 типов клеток организма (у млекопитающих);

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

3. 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;

4. Теломеразная активность. При каждой репликации часть теломер утрачивается (см. для справки статью лимит Хейфлика). 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.

Интересные факты

· Стволовых клеток в нашем организме очень мало:

o у эмбриона - 1 клетка на 10 тысяч,

o у человека в 60-80 лет - 1 клетка на 5-8 миллионов.

· Стволовые клетки растений также называют камбиальными (от лат. cambium - обмен, смена).

Использование стволовых клеток в медицине

В России

Распоряжением Правительства РФ от 23 декабря 2009 г. №2063-р Минздравосцразвития России, Минпромторгу России и Минобрнауки России поручено до конца 2010 г. разработать и представить на рассмотрение в Государственную думу РФ проект закона «О применении биомедицинских технологий в медицинской практике», регламентирующего медицинское применение стволовых клеток, как одной из биомедицинских технологий.

На Украине

Сегодня на Украине разрешено проведение клинических испытаний (Приказ МЗ Украины №630 «О проведении клинических испытаний стволовых клеток», 2008 г.) по лечению следующих патологий с применением стволовых клеток: панкреонекроз, цирроз печени, гепатиты, ожоговая болезнь, сахарный диабет II типа, рассеянный склероз, критическая ишемия нижних конечностей. Первым, кто получил право на проведение клинических испытаний в области применения стволовых клеток на Украине, стал Институт клеточной терапии. С помощью стволовых клеток пуповинной крови уже успешно проведено лечение десятков пациентов по данным заболеваниям.

Лечение стволовыми клетками, или болезни отступают. Лечение стволовыми клетками широко применяется для терапии огромного количества заболеваний. Современная медицина способна не только выращивать и культивировать стволовые клетки из их небольшого количества, взятого из организма, но и трансплантировать их. Лечение стволовыми клетками путем их трансплантации в кровеносное русло человека уже сегодня используется для врачевания большого числа недугов.

Например, лечение стволовыми клетками применяют при: ишемической болезни сердца, инфаркте, инсульте, атеросклерозе, сахарном диабете, ДЦП, рассеянном склерозе, хроническом простатите, язвенном колите, бронхиальной астме, остеохондрозе, циррозе, артрозе, артрите, псориазе, дерматите, экземе. Не совсем приятные и не слишком легко излечимые заболевания, правда? И, тем не менее, стволовые клетки способны либо полностью их вылечить, либо значительно улучшить состояние человека.

На сегодняшний день лечение стволовыми клетками наиболее эффективный из существующих методов справиться с серьезным заболеванием, а подчас и единственный, который может спасти жизнь пациента!

Омоложение стволовыми клетками. Омоложение стволовыми клетками - это еще один способ применения уникальных «ремонтников» организма. Если они способны заменить поврежденные клетки - почему бы им не заменить собой старые клетки? - резонно рассудили ученые. Да, так действительно можно добиться ощутимого омоложения организма (ревитализации).

Однако омоложение стволовыми клетками происходит часто при … лечении стволовыми клетками! Удивительно? Но факт!

Когда человек лечится, стволовые клетки вводят как можно ближе к органу, ткани которого необходимо оздоровить. И этот орган начинает работать лучше, лучше начинают работать и все основные органы. Лучше начинают функционировать все системы организма, в том числе и кожный покров. Человек не просто выглядит моложе, человек чувствует себя более молодым и энергичным! Так что часто омоложение стволовыми клетками - это просто приятный побочный эффект лечения.

Кстати, курс омоложения либо лечения стволовыми клетками - прекрасный подарок пожилым маме или папе. А если он проходит в нашем центре, где мы внимательно обследуем пациента и подбираем оптимальный способ воздействия, то это может стать подарком, который продлит их жизнь.

Безопасно ли применение стволовых клеток. Забор стволовых клеток часто проводится из пуповинной крови ребенка при рождении. Хранение стволовых клеток осуществляется в криобанках. Но применение стволовых клеток из пуповинной крови возможно только один раз у ребенка, не достигшего десяти лет.

Официально одобренным методом терапии стволовыми клетками является применение стволовых клеток, взятых у взрослого человека. Взрослые стволовые клетки имеют «ограниченную» сферу использования. Они превращаются далеко не во все ткани, а также не всегда проходят через стадии деления и позволяют получить необходимое количество для трансплантации стволовых клеток.

Стволовые клетки в медицине применяются для того, чтобы улучшить естественную регенерацию тканей. С возрастом и после тяжелых заболеваний количество взрослых стволовых клеток снижается. Потому можно сейчас увидеть рекламы, обещающие омоложение стволовыми клетками. Все существующие методики пересадки стволовых клеток не имеют за собой клинических испытаний, хотя обещано, что терапия стволовыми клетками излечит любого человека от рака, инфаркта, болезни Альцгеймера.

История стволовых клеток в медицине только начинается - все работы по применению стволовых клеток находятся на стадии клинических испытаний. В них можно принять участие, однако структуры, их проводящие, должны иметь разрешение Росздравнадзора.

Настороженно надо относиться к клиникам, якобы давно практикующим терапию стволовыми клетками, обладающим огромной базой довольных и благодарных клиентов, гарантирующим отсутствие рисков и полную безопасность.

Все эти требования невыполнимы на данном этапе развития трансплантации стволовых клеток, поскольку любая методика проверяется в лаборатории и на клеточных культурах, затем проводятся испытания на животных. И только по прохождению этих этапов можно заявлять о полной проверке и готовности к клиническим испытаниям на людях. Они занимают от пяти до десяти лет.

Надо помнить о том, что стволовые клетки в медицине сейчас успешно используются только для пересадки костного мозга больным раком крови.

Список литературы

1. Эмбриональные стволовые клетки: фундаментальная биология и медицина - Репин B.C. - Практическое пособие

2. Вся правда о стволовых клетках - Александра Крапивина. - Издательство: Прайм-Еврознак, 2007 г., Серия: Здоровье - это счастье!

3. Биологический энциклопедический словарь

4. Wikipedia

5. Internet

Размещено на Allbest.ru