Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний технічний університет

«Харківський політехнічний інститут»

Навчально-науковий інститут хімічних технологій

Кафедра Біотехнології, біоінженерії та аналітичної хімії

Реферат

з дисципліни «Біологія клітини»

Тема: «Тканеспецифічні прогениторні клітини»

Виконала

студентка групи ХТ-420 Б

Пономарьова Олена Валеріївна

Перевірив викладач

Масалітіна Наталія Юріївна

Харків 2020

Зміст

Вступление

Раздел 1: Общая характеристика тканеспецифических прогениторных клеток

Раздел 2: Миосателлоциты

2.1 Миосателлоциты как предшественники поперечно-полосатой скелетной мышечной ткани

2.2 Расположение

2.3 Образование

Раздел 3: Миелопоэз и стволовые клетки

3.1 Виды клеток-предшественниц соединительной ткани

3.2 Дифференциация

Раздел 4: Нейральные прогениторные клетки

4.1 Процесс восстановления нервной ткани прогениторными клетками

4.2 Трансплантация

4.3 Мюллеровы клетки

Вывод

Список литературы

Вступление

тканеспецифические прогениторные клетки миосателлоциты стволовые

Современные технологии позволяют культивировать донорские и собственные стволовые клетки и выращивать из них нужное количество клеток для трансплантации в процессе лечения многих заболеваний.

Уже доказана эффективность проведения терапии стволовыми клетками (клеточной терапии) при сахарном диабете, болезни Альцгеймера, рассеянном склерозе инсульте, инфаркте миокарда и кардиомиопатии, циррозе печени, болезни Крона, артритах и остеоартрозах, панкреонекрозах и многих других острых и хронических заболеваниях.

Широко применяются стволовые клетки в реабилитационных программах после оперативных вмешательств и в эстетической медицине.

Также практикуется получение стволовых клеток из пуповинной крови новорожденного, их замораживание и хранение в Банках крови - на случай необходимости проведения в течение жизни пациента клеточной терапии.

В последние годы появился целый ряд работ, описываю щих получение из взрослых и перинатальных тканей клеток, обладающих некоторыми характеристиками эмбриональных стволовых (ЭСК). На такие стволовые клетки возлагаются большие надежды в контексте оптимального внеэмбрионального источника клеток для регенеративной медицины. Однако их заявленные способности, уникальность или само существование зачастую вызывают сомнения у научного сообщества.

Раздел 1

Общая характеристика тканеспецифичных прогениторных клеток

Прогенитомрные клемтки -- стволовые клетки, детерминированные на дифференцировку в определённый тип клеток. Это клетки, которые, в отличие от плюрипотентных стволовых клеток уже имеют стойкие биомаркеры, которые позволяют отличить их и их потомство от клеток других типов. Кроме того их способность к пролиферации значительно ниже чем у плюрипотентных стволовых клеток.

Прогениторные клетки выполняют роль стволовых клеток взрослого организма занятых пополнением пула специализированных клеток организма. Различают мультипотентные и унипотентные прогениторные клетки. Иногда термин прогениторная клетка заменяют на термин клетка-предшественница или бластная клетка. Однако следует отметить, что в эмбриологии и цитологии клетками-предшественницами обычно называют группу клеток которые позднее дифференцируются в конкретный орган.

К прогениторным клеткам, например, относятся миосателлитоциты (предшественники мышечных волокон), клетки-предшественницы лимфо- и миелопоэза. Эти клетки являются олиго- и унипотентными и их главное отличие от других стволовых клеток в том, что клетки-предшественницы могут делиться лишь определённое количество раз, в то время как другие стволовые клетки способны к неограниченному самообновлению. Поэтому их принадлежность к истинно стволовым клеткам подвергается сомнению.

Отдельно исследуются нейральные стволовые клетки, которые также относятся к группе тканеспецифичных. Они дифференцируются в процессе развития эмбриона и в плодный период, в результате чего происходит формирование всех нервных структур будущего взрослого организма, включая центральную и периферическую нервные системы. Эти клетки были обнаружены и в ЦНС взрослого организма, в частности, в субэпендимальной зоне, в гиппокампе, обонятельном мозге и т. д. Несмотря на то, что большая часть погибших нейронов не замещается, процесс нейрогенеза во взрослой ЦНС всё-таки возможен за счёт нейральных стволовых клеток, то есть популяция нейронов может «восстанавливаться», однако это происходит в таком объёме, что не сказывается существенно на исходах патологических процессов.

Раздел 2. Миосателлоциты

2.1 Миосателлоциты как предшественники поперечно-полосатой скелетной мышечной ткани

Основным источником физиологической и репаративной регенерации скелетной мышечной ткани являются миосателлитоциты, представляющие собой перспективный материал для разработки методов клеточной терапии ряда мышечных заболеваний.

Следует отметить, что в 30-40 гг. прошлого столетия, еще до появления первой публикации А. Мауро о миосателлитоцитах, отечественный гистологэволюционист Н.Г. Хлопин на основе собственных научных наблюдений высказывал предположение о функциональном различии ядер в составе мышечных волокон. До сих пор нет единства взглядов на природу миогенных клеток, не описана последовательность ультраструктурных изменений

Известно, что миосателлитоциты, впервые описанные А. Мауро у амфибий (1961), присутствуют во всех типах скелетных мышечных волокон и располагаются между сарколеммой мышечного волокна и базальной мембраной, в периферических углублениях миосимпластов Имеются сведения, что почти одновременно с А. Мауро другой исследователь - Б. Кац - обнаружил эти клетки в интрафузальных мышечных волокнах, находящихся в составе мышечных веретен. Оба ученых назвали новые клетки одинаково - клеткамисателлитами (спутниковыми клетками).

2.2 Расположение миосателлоцитов

Согласно современной гистологической номенклатуре, это миосателлитоциты. Считают, что расположение миосателлитоцитов под базальной мембраной МВ играет важную роль в поддержании их пролиферативного покоя. По длине МВ миосателлитоциты распределены неравномерно: обнаружены места наибольшей концентрации этих клеток. Отмечается частое расположение миосателлитоцитов вблизи нервно-мышечных синапсов, мышечно-сухожильных соединений, кровеносных капилляров. Авторы предполагают, что тканевые компоненты, входящие в состав именно этих локусов, могут выделять вещества, обеспечивающие оптимальные условия микроокружения для миосателлитоцитов. Высказывается мнение, что факторы, секретируемые тканевыми компонентами микроокружения, могут контролировать как состояние пролиферативного покоя, так и активацию миосателлитоцитов. Имеются данные, что количество коллагена и его пространственная ориентация оказывают влияние на пролиферацию и дифференцировку миосателлитоцитов. При усиленном синтезе коллагена I типа уменьшаются длина новообразованных мышечных трубок и количество ядер в них. Существует также точка зрения, что окружающие мышечное волокно кровеносные капилляры могут служить для скелетной мышечной ткани дополнительным источником клеток-предшественниц, которые увеличивают количество миосателлитоцитов. У взрослых млекопитающих и человека на долю миосателлитоцитов приходится от 1 до 5% от общего количества ядер мышечного волокна.У молодых животных этот показатель может достигать 30%, но с возрастом он снижается. Основываясь на выявлении Pax7, М-кадгерина и молекулы адгезии нейральных клеток (NCAM), подсчитали количество миосателлитоцитов у людей разных возрастных категорий. Оказалось, что число миосателлитоцитов у пожилых людей было в 2 раза меньше, чем у молодых. В работе F. Tedesco et al. (2010) указано, что в симпластах мышечных волокон взрослых животных количество ядер в 6-8 раз превышает этот показатель у молодых животных. Вместе с тем, существует мнение, что количество миосателлитоцитов в течение жизни практически не меняется. Возможно, разные мнения связаны с тем, что этот показатель отличается в разных мышцах.

2.3 Образование миосателлоцитов

Имеющиеся в настоящее время фактические экспериментальные материалы свидетельствуют, что в ходе гистогенеза скелетной мышечной ткани формирующиеся миосателлитоциты проходят через ряд последовательных структурно-метаболических стадий. Исходные стволовые клетки миотома мигрируют в закладку скелетной мышцы, где клеточный материал представлен «полустволовыми» клетками промиобластами. Мнение большинства исследователей о развитии миобластов из имеющегося в мышечных волокнах резерва миосателлитоцитов представляется наиболее обоснованным. Наряду с этим имеются данные, свидетельствующие в пользу существования иных, немиогенных источников развития миобластов. Допускают появление миогенных клеток из тканей несомитного происхождения в результате трансдифференцировки или из мультипотентного предшественника. Периодически появляются работы, в которых обосновывается происхождение миосателлитоцитов из гемопоэтических клеток костного мозга. Здесь необходимы тщательные исследования с использованием маркеров для подтверждения этих фактов. В эксперименте, сопровождавшемся внутримышечной инъекцией стволовых клеток костного мозга, показано их участие в процессе дифференцировки поперечнополосатой мышечной ткани у мышей. Авторы считают перспективным дальнейшее исследование стволовых клеток костного мозга как возможного источника регенерации скелетной мышечной ткани. Есть сведения, что при трансплантации СD34+-клеток пуповинной крови человека в ишемизированные конечности мышей помимо ангиогенеза отмечено увеличение числа новообразованных МВ и сделано предположение о миогенной дифференцировке введенных клеток. Также имеются данные о том, что костномозговые клетки с фенотипами c-kit+ (миеломоноцитарные клетки-предшественницы), CD45- /Sca-1-,а также CD45+/Sca-1+ могут иметь миогенные свойства. Некоторые исследователи призывают воздержаться от применения гемопоэтических клеток костного мозга для лечения мышечных дистрофий.

Раздел 3. Стволовые клетки и миелопоэз

3.1 Виды клеток-предшественниц соединительной ткани

Все клетки крови можно подразделить на 6 классов. Полипотентные стволовые клетки, которые составляют 0,01% всех ядросодержащих клеток костного мозга. Активность этих стволовых клеток регулируется микроокружением и гуморальными гемопоэтинами. Ко второму классу относятся мультипотентные стволовые клетки или полустволовые клетки которые являются предшественниками миелопоэза и лимфопоэза. Третий класс коммитированные унипотентные клетки, в этом классе клеток имеется отдельный предшественник для каждого форменного элемента крови. Для лимфоидного ряда - этопро-В- и про-Т-лимфоциты, а для миелоидного - это колониеобразующие клетки эозинофильного и базофильного рядов, нейтрофильного ряда, моноцитарного ряда, а также эритроцитарного и мегакариоцитарного рядов.

3.2 Дифференциация

Дифференциация всех бластных клеток происходит в определенном направлении, последними пролиферирующими клетками являются миелобласты, лимфобласты, монобласты, эритробласты. Промиелоцит, миелоцит, метамиелоцит, палочкоядерные лейкоциты относятся к популяции созревающих клеток миелоидного ряда, к лимфоидному ряду - пре-, про-В- и Тлимфоциты, протоплазмоциты, пронормоцит, базофильный, полихроматофильный, оксифильный нормоцит, ретикулоцит к эритроцитарному ряду. На данной стадии в клетках появляются специфические для каждой клетки рецепторы и они постепенно теряют способность к делению. Последний класс костного мозга это зрелые клетки периферической крови

В эритропоэз вовлечено многое количество регуляторных факторов и механизмов для поддержания баланса образования новых эритроцитов и деструкции старых клеток. Данный механизм регулируется эндокринными и экзокринными гормонами. Первоначальный эритроидный предшественник, эта большая базофильная клетка имеет диаметр 15-20 мкм, содержит единственное большое очерченное круглое ядро, рибосомы, митохондрии и аппарат Гольджи. После попадания небольшого количества ретикулоцитов 1-2% в кровообращение в течение короткого периода 1-2 дня они теряют мембранный трансферрин, и приобретают свойства пластичности, уменьшаются в размерах. Дифференцировка и созревание базофильного эритробласта длится 5-7 дней. Только ранние и промежуточные стадии эритробластов проэритробласты, базофильные и полихроматофильные эритробласты способны подвергаться митозу, примерно 25% клеток в костном мозге являются клетками эритроидного ростка. Коммитированные миелоидные клетки в дальнейшем дифференцируются в три типа гранулоцитарных клеток. Под влиянием специфических факторов роста гормонов и соответствующего микроокружения становятся нейтрофилами, эозинофилами и базофилами. В сутки образуется примерно 70 млрд гранулоцитов нейтрофилов, эозинофилов, базофилов. Процесс созревания стволовой клетки до зрелого нейтрофила длится 10 дней. Только на ранних стадиях у этих клеток проявляется пролиферация и активный митоз. В метамиелоцитах, палочкоядерных и полиморфноядерных нейтрофилах митоз не проявляется и они не способны к росту и размножению.

Развитие эозинофилов имеет некоторые особенности. Немного количество клонов специальных гранулоцитов происходят из миелоидных стволовых клеток из предшественниц эозинофилов и базофилов и развиваются до нейтрофилов в результате процесса пролиферации и дифференцировки. Как известно эозинофилы и базофилы являются фагоцитами, их уникальная функция определяется набором особых цитоплазматических гранул. В норме у каждого человека в периферической крови количество эозинофилов составляет 2-7% . Они чувствительны к хемотаксическим факторам и способны проникать из сосудов в ткани. Эозинофилы высокоспецифичны в своих функциях и являются важным клеточным компонентом в ответе хозяина на паразитарную инвазию и аллергические реакции на инородные антигены в реакциях I типа. Их количество также может увеличиваться при некоторых злокачественных заболеваниях и васкулитах. Большие цитоплазматические гранулы эозинофилов содержат богатый аргинином щелочной белок, называемый основным протеином major basic protein. Данный протеин имеет высокощелочное свойство рН 11, белок разрушает компоненты клеточной стенки многих паразитов и других микроорганизмов.

Мегакариоциты являются специфическими клетками костного мозга, которые дифференцируются из миелоидной стволовой клетки и отвечают за продукцию тромбоцитов. Тромбоциты - это фактически цитоплазматические фрагменты и, не являются полностью клеточными элементами. В течение суток образуется 175 млрд тромбоцитов. Созревание мегакариоцитов является уникальным процессом, в котором клетка подвергается митозу, а процесс ядерного и цитоплазматического созревания происходит не одновременно. Количество мегакариоцитов в костном мозге может увеличиваться при повышении уровня деструкции тромбоцитов в кровотоке. Каждый мегакариоцит способен продуцировать тысячи тромбоцитов в результате уникального процесса отделения цитоплазмы. Продолжительность жизни отдельных тромбоцитов, выходящих в периферическое кровообращение, составляет 8-10 сут. Молодые тромбоциты в системе кровообращения выглядят крупнее и менее плотно, чем старые.

Раздел 4. Нейральные прогениторные клетки

4.1 Процесс восстановления нервной ткани прогениторными клетками

В процессе формирования зрелых рецепторных нейронов шаровидные и горизонтальные стволовые клетки трансформируются в прогениторные клетки, которые проходят несколько последовательных стадий дифференцировки. При новообразовании рецепторных нейронов регенерирующие аксоны этих клеток полностью восстанавливают утраченные синаптические связи при этом рост регенерирующих аксонов обеспечивают специфические обкладочные глиальные клетки, получившие в англоязычной литературе название Olfactory Ensheathing Сells (OECs). Эти клетки входят в состав обонятельного нерва и сопровождают его до окончания в наружных слоях обонятельной луковицы. OECs характеризующиеся фенотипическими и имуноцитохимическими признаками астроцитов и Шванновских клеток, продуцируют комплекс нейроростовых факторов и молекул клеточной адгезии, что и определяет их способность стимулировать рост регенерирующих аксонов.

4.2 Трансплантация

С начала 90-х гг. прошлого столетия трансплантацию культивируемых OECs начали использовать при травматических повреждениях и спинного мозга и периферических нервов. Результаты многочисленных экспериментальных и, в последние годы, единичных клинических исследований показали, что трансплантация культивируемых OECs или фрагментов ткани обонятельного эпителия сопровождается регенерацией и миелинизацией поврежденных аксонов спинальных трактов и частичным восстановлением нарушенных моторных, сенсорных и вегетативных функций. Однако в ряде исследований последних лет было установлено, что позитивные результаты таких трансплантаций обусловлены не только регенераторными потенциями ЕС, а также влиянием более сложного и многокомпонентного клеточного комплекса, включающего, помимо OECs, фибробласты обонятельного нерва, Шванновские клетки и, по всей видимости, стволовые и прогениторные клетки обонятельного эпителия.

В некоторых работах высказывается предположение о возможности использования аутологических стволовых и прогениторных клеток обонятельной луковицы для трансплантации и клеточной терапии головного и спинного мозга человека, несмотря на то, что их выделение требует нейрохирургического вмешательства. Надо признать, что это обстоятельство, наряду со сложностью получения культур стволовых и прогениторных клеток обонятельной луковицы, существенно ограничивает перспективы их клинического использования. Этих недостатков лишена другая структура обонятельной системы, а именно, обонятельный эпителий.

Стволовые клетки были выделены из обонятельного эпителия мышей, крыс и человека (в том силе при аутописии спустя 6-18 часов post mortem) и переведены в культуру. При культивировании клеток обонятельного эпителия пролиферирующие стволовые клетки образуют нейросферы из клеток обонятельного эпителия включающие, помимо собственно стволовых нейральных клеток, также и глиальные клетки. При клонировании и культивировании в монослое стволовые клетки нейросфер способны дифференцироваться в нервные и глиальные клетки. Опубликована работа, в которой показано, что трансплантация стволовых нейральных клеток обонятельного эпителия человека в поврежденный спинной мозг крыс сопровождается активация регенераторного роста аксонов спинальных трактов и частичным восстановлением нарушенных моторных и сенсорных функций.

Таким образом, не вдаваясь в детальный анализ проблем клеточной терапии нервной системы, можно заключить, что обонятельный эпителий является доступным и, возможно, на сегодняшний день, единственным источником аутологических нейральных стволовых, прогениторных и обкладочных глиальных клеток, трансплантация которых открывает новые перспективы в лечении травматических повреждений спинного мозга и периферических нервов, а также ряда дегенеративных заболеваний центральной нервной системы человека.

4.3 Мюллеровы клетки

Мюллерова глия млекопитающих обладает свойствами прогениторных клеток для сетчатки и образует новые нейроны после повреждения. Немецкие ученые из Institute of Human Genetics, University of Regensburg Florian C, Langmann T, Weber BH и Morsczeck C провели исследование, в ходе которого они поместили Мюллеровы клетки в лабораторные условия для их дифференцировки в клетки сетчатки (статья). Мюллеровы клетки были выделены из мышиной сетчатки и пролиферирующие клетки поместили на среду с сывороткой. Для дифференцировки культивируемые клетки поместили в другую среду (SRM) в разное время после выделения. Интересно, что клетки, которые пересносили из одной среды в другую раньше,чем другие, превращались в соединительную ткань и продуцировали белки внеклеточного матрикса и маркеры межклеточных контактов по-разному. В отличие от них, культура стареющих Мюллеровых клеток формировала в SRM нейросферы и были похожи на нервные прогениторные клетки. Эти нейросферы дифференцировались в нейроноподобные клетки после культивирования на ламин/орнитин-клеточном субстрате. Авторы пришли к выводу, что мышиные Мюллеровы клетки в зависимости от возраста клеток могут превращаться в клетки соединительной ткани или в нервные клетки. Возможно, это поможет в создании материала для клеточной терапии различных заболеваний, в том числе и возраст-ассоциированны

Вывод

Итак, тканеспецифические прогениторные клетки - это клетки-предшественницы клеток тканей, образующийся из стволовых клеток, т.е. специализировавшиеся стволовые клетки. Прогениторные клетки учавствуют в образовании соединительной, нервной и мышечной ткани. Стволовые клетки, а следовательно и тканеспецефические прогениторные используются в медицине сравнительно недавно.

Основной целью использования стволовых клеток в различных областях медицины является замещение поврежденных тканей (трансплантация), которая включает несколько направлений:

Трансплантация красного костного мозга

Матриксиндуцированный хондрогенез для восстановления хрящей суставной поверхности

Получение («выращивание») сетчатки глаза для имплантации в офтальмологии

Восстановление нервов

Трансплантация сосудов

Получение структур бронхолегочной системы на специальном матриксе с последующей имплантацией

Перспективными являются направления трансплантации «выращенных» частей почек и других органов мочевыделительной системы, а также желез внутренней секреции.

Основным источником прогениторных и стволовых клеток является костный мозг, а источником нейральных прогениторных - обонятельный эпителий и обонятельные луковицы.

Список литературы и источников:

1. Эмбриональные стволовые клетки: фундаментальная биология/ Репин В. С., Ржанинова А. А., Шамянков Д. А. - Москва, 2002. - 225 стр

2. Журнал «Гены и клетки» -МУЛЬТИПОТЕНТНЫЕ «ВЗРОСЛЫЕ» ПРОГЕНИТОРНЫЕ КЛЕТКИ КОСТНОГО МОЗГА [МАРС) ВОССТАНАВЛИВАЮТ ГЕМОПОЭЗ; 30 мая 2007

3. Статья по биотехнологиям в медицине «Стволовые клетки в регенеративной медицине: достижения и перспективы», автор научной работы -- А. Н. Лызиков, Б. Б. Осипов, А. Г. Скуратов, А. А. Призенцов И.А.

4. Одинцова, М.Н. Чепурненко, А.С. Комарова Миосателлитоциты - камбиальный резерв поперечнополосатой мышечной ткани

5. Юнусова Навбахор Ахмаджоновна - СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МИЕЛОПОЭЗА

6. Проект «Системная схема старения человека» - Нервные прогениторные клетки

Размещено на Allbest.ru