Клеточная терапия. Стволовые клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Реферат

«Клеточная терапия. Стволовые клетки»

Шаповал Ольга

Э9-83

Москва

2013 г



Содержание

1. Общие сведения

2. Историческая справка

3. Свойства

4. Классификация

4.1 Эмбриональные стволовые клетки

4.2 Фетальные стволовые клетки

4.3 Постанатальные стволовые клетки

4.4 Гемопоэтические стволовые клетки

4.5 Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки

4.6 Тканеспецифичные прогениторные клетки

5. Характеристики эмбриональных стволовых клеток

6. Революция в медицине стволовых клеток

7. Законодательные аспекты

Список литературы



1. Общие сведения

Клеточная терапия - это лечение методом трансплантации живых клеток в организм человека, с помощью чего достигается замещение утраченных, не активных или поврежденных клеток у самого пациента и достигается выраженный регенеративный эффект: восстановление работы отдельных органов, тканей, организма в целом.

Чаще всего применяются стволовые клетки, но не обязательно. Например, при лечении диабета практикуется пересадка специализированных бета-клеток, выделяющих инсулин; есть первые опыты пересадки гепатоцитов (клеток печени) при лечении циррозов, для лечения ран и ожогов используются фибробласты и/или кератиноциты.

Некоторые методики предусматривают введение нескольких типов клеток - например, при трансплантации цельного костного мозга или суспензий фетальных органов. Использование современных методов разделения клеток позволяет получать высокоочищенные фракции строго определенных клеток, что в некоторых случаях необходимо или дает какие-либо преимущества. Например, если вместо костного мозга вводить только гемопоэтические стволовые клетки, уменьшается вероятность осложнения "трансплантат против хозяина".

По источнику донорского материала различают ксенотрансплантацию - когда вводятся клетки от определенного вида животного (например, человеку вводят клетки овцы или свиньи); аллотрансплантацию - когда вводятся клетки от представителя своего вида (человеку вводят клетки другого человека) и аутотрансплантацию - когда вводятся собственные клетки, предварительно выделенные и обычно прошедшие определенную обработку.

Механизмы действия клеточной терапии:

ь Прямое замещение поврежденных или утраченных клеток - доказано, что стволовые клетки обладают данными характеристиками. Работы по совершенствованию этих уникальных характеристик показывают всё более высокие результаты.

ь Пересаженные клетки выделяют биологически активные вещества, например, разнообразные факторы роста, и таким образом стимулируют жизнедеятельность клеток реципиента.

ь Введение чужеродного белка вызывает иммунный ответ организма, за счет чего тоже иногда достигается положительный эффект.

Стволовые клетки -- недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей.

Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. Тем не менее, в процессе старения организма их количество уменьшается.

В современной медицине стволовые клетки человека трансплантируют, то есть пересаживают в лечебных целях. Например, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток производится для восстановления процесса гемопоэза (кроветворения) при лечении лейкозов и лимфом.



2. Историческая справка

Сама концепция стволовой клетки принадлежит русскому ученому Александру Максимову, исследовавшему процессы кроветворения.

Термин "стволовая клетка" был впервые употреблен им в 1908 году на съезде гематологического общества в Берлине. В 1951 году Лоренц (Lorenz) показал, что аллогенный костный мозг способен защищать от гибели вследствие остановки кроветворения животных, получивших высокую дозу облучения. В 1960-70-х годах советский ученый А.Я.Фриденштейн изучал и культивировал мезенхимальные (стромальные) стволовые клетки костного мозга. В 1981 году Мартину Эвансу (Martin Evans) впервые удалось выделить недифференцированные плюрипотентные линии стволовых клеток из эмбриобласта (внутренней клеточной массы) бластоцисты мыши. В 1998 году Д. Томпсон (James A. Thomson) и Д. Герхарт (John D. Gearhart) изолировали бессмертные линии человеческих эмбриональных стволовых клеток. В 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии ХХ века после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека". В начале 2004 года корейские ученые У Сук Хван (Woo Suk Hwang) и Шин Ён Мун (Shin Yong Moon) впервые осуществили клонирование человека - в яйцеклетку, из которой предварительно удалили ее ядро, было пересажено ядро соматической клетки, эта яйцеклетка развивалась до стадии бластоцисты, из которой были получены ЭСК.



3. Свойства

Стволовые клетки отличаются от других типов клеток. Все стволовые клетки, независимо от их происхождения, обладают тремя важными свойствами - они делятся и самообновляются, они не обладают какими-либо специфическими функциями и могут давать начало другим специализированным клеткам.

Возможность деления и самообновления.

В отличие от мышечных клеток, клеток крови и нервных клеток, которые обычно не могут воспроизводить сами себя, стволовые клетки могут воспроизводить себя многократно - пролиферировать. Начальная популяция стволовых клеток, которая пролиферирует в течение многих месяцев, может дать миллион подобных клеток. Если эти стволовые клетки продолжают оставаться неспециализированным, говорят, что они обладают способностью длительного самообновления.

Ученые пытаются понять два фундаментальных свойства стволовых клеток, которые относятся к их длительному самообновлению:

ь почему эмбриональные стволовые клетки могут пролиферировать в течение года или больше в лаборатории без дифференцировки, но большинство неэмбриональных стволовых клеток не могут этого?

ь какие факторы в организме обычно регулируют пролиферацию стволовых клеток и самообновление?

Ответы на эти вопросы помогут понять, как регулируется процесс пролиферации клеток в период эмбрионального развития или в процессе ненормального деления клеток, что отмечается при раковых опухолях. Эти данные могли бы повысить эффективность выращивания эмбриональных и неэмбриональных стволовых клеток в лаборатории.

Ученых интересуют особые факторы и условия, которые заставляют стволовые клетки оставаться неспециализированными. Ученым потребовалось много времени, чтобы научиться выращивать в лабораторных условиях стволовые клетки без их спонтанной дифференцировки в специфичные клетки. Например, потребовалось почти двадцать лет, чтобы понять, как выращивать человеческие эмбриональные стволовые клетки в лаборатории после разработки условий для выращивания стволовых клеток мышей. Поэтому требуется понимание сигналов в зрелом организме, которые вызывают пролиферацию популяции стволовых клеток и оставляют эти клетки неспециализированными до тех пор, пока не нужны новые клетки.

Существуют два механизма, поддерживающих популяцию стволовых клеток в организме:

ь Асимметричное деление, при котором продуцируется одна и та же пара клеток (одна стволовая клетка и одна дифференцированная клетка).

ь Стохастическое деление: одна стволовая клетка делится на две более специализированных.

Неспециализированность.

Одним из фундаментальных свойств стволовых клеток является то, что какую-либо специфическую тканевую структуру, позволяющую им выполнять определенную функцию. Например, стволовые клетки не могут перекачивать кровь по организму, как клетки миокарда сердца, не могут переносить в себе кислород как это делают эритроциты. Однако, неспециализированные стволовые клетки могут трансформироваться в специализированные клетки, включая клетки миокарда сердца, клетки крови или нервные клетки.

Возможность давать начало другим специализированным клеткам.

Когда неспециализированные стволовые клетки дают начало специализированным клеткам, этот процесс называется дифференцировкой. В процессе дифференцировки клетки обычно проходят несколько этапов, при этом на каждом этапе они становятся более специализированными. Ученые только начали понимать сигналы внутри и вне клеток, которые запускают каждый этап процесса дифференцировки. Внутренние сигналы контролируются генами клеток. Это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию и контролирующие развитие определённого признака или свойства. Внешние сигналы для клеточной дифференцировки - это химические вещества, секретируемые другими клетками, физический контакт с соседними клетками и некоторые молекулы в микросреде. Взаимодействие сигналов во время процесса дифференцировки приводит к тому, что клеточная ДНК приобретает эпигенетические отметки, которые ограничивают экспрессию ДНК в клетках.

В соответствии с потентностью стволовые клетки делятся на следующие группы:

ь Тотипотентные (омнипотентные) стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки эмбриональных и экстраэмбриональных тканей, организованные в виде трехмерных связанных структур (тканей, органов, систем органов, организма). Такие клетки могут дать начало полноценному жизнеспособному организму. К ним относится оплодотворённая яйцеклетка, или зигота. Клетки, образованные при первых нескольких циклах деления зиготы, также являются тотипотентными у большинства биологических видов. Однако к ним не относятся, например, круглые черви, зигота которых утрачивает тотипотентность при первом делении. У некоторых организмов дифференцированные клетки также могут обретать тотипотентность. Так, срезанную часть растения можно использовать для выращивания нового организма именно благодаря этому свойству.

ь Плюрипотентные стволовые клетки являются потомками тотипотентных и могут давать начало практически всем тканям и органам, за исключением экстраэмбриональных тканей (например, плаценты). Из этих стволовых клеток развиваются три зародышевых листка: эктодерма, мезодерма и энтодерма.

ь Мультипотентные стволовые клетки порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка.

Эктодерма даёт начало нервной системе, органам чувств, переднему и заднему отделам кишечной трубки, кожному эпителию. Из мезодермы формируются хрящевой и костный скелет, кровеносные сосуды, почки и мышцы. Из энтодермы -- в зависимости от биологического вида -- образуются различные органы, ответственные за дыхание и пищеварение. У человека это -- слизистая оболочка кишечника, а также печень, поджелудочная железа и лёгкие.

ь Олигопотентные клетки могут дифференцироваться лишь в некоторые, близкие по свойствам, типы клеток. К ним, например, относятся клетки лимфоидного и миелоидного рядов, участвующие в процессе кроветворения.

ь Унипотентные клетки (клетки-предшественницы, бластные клетки) -- незрелые клетки, которые, строго говоря, уже не являются стволовыми, так как могут производить лишь один тип клеток. Они способны к многократному самовоспроизведению, что делает их долговременным источником клеток одного конкретного типа и отличает от нестволовых. Однако их способность к самовоспроизведению ограничена определённым количеством делений, что также отличает их от истинно стволовых клеток. К клеткам-предшественницам относятся, к примеру, некоторые из миосателлитоцитов, участвующих в образовании скелетной и мышечной тканей.

Многие вопросы касательно дифференцировки стволовых клеток остаются неразрешенными. Например, имеется ли схожесть между внутренними и внешними сигналами для клеточной дифференцировки разных стволовых клеток? Есть ли особый набор сигналов, которые способствуют особой дифференцировке стволовых клеток? Ответы на эти вопросы помогут найти ученым способы контроля дифференцировки стволовых клеток в лаборатории, тем самым выращивать определенные клетки или ткани, которые могут применяться для особых целей, клеточной терапии или скрининга препаратов.

Взрослые стволовые клетки обычно генерируют клетки того типа, где они находятся. Например, кроветворные стволовые клетки в костном мозге обычно дают начало многим клеткам крови. Считается, что клетки, дающие начало клеткам крови - гематопоэтические стволовые клетки - не могут давать начало клетками совершенно иных тканей - например, клеткам нервной ткани. Современные эксперименты показывают, что стволовые клетки из одной ткани могут давать начало клеткам абсолютно других тканей. Этот вопрос пока что остается спорным в сообществе ученых.



4. Классификация

Стволовые клетки можно разделить на три основные группы в зависимости от источника их получения:

1) эмбриональные,

2) фетальные

3) постнатальные (стволовые клетки взрослого организма).

Православная церковь выступает против использования стволовых клеток, материал для которых получают из эмбрионов, поскольку в христианстве эмбрион является человеком с душой, а уничтожение эмбриона - грехом убийства.

Также православная церковь выступает против исследования стволовых клеток человеческих эмбрионов.

В октябре 2011 года Суд Европейского Союза признал, что оплодотворенную человеческую яйцеклетку уже надо считать человеком, и запретил любые эксперименты и манипуляции с эмбриональными стволовыми клетками человека. Минздравсоцразвития РФ поддержал данное решение суда.

4.1 Эмбриональные стволовые клетки

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуют внутреннюю клеточную массу (ВКМ), или эмбриобласт, на ранней стадии развития эмбриона. Они являются плюрипотентными. Важный плюс ЭСК состоит в том, что они не экспрессируют HLA (human leucocyte antigens), то есть не вырабатывают антигены тканевой совместимости. Каждый человек обладает уникальным набором этих антигенов, и их несовпадение у донора и реципиента является важнейшей причиной несовместимости при трансплантации. Соответственно, шанс того, что донорские эмбриональные клетки будут отторгнуты организмом реципиента очень невысок. При пересадке иммунодефицитным животным эмбриональные стволовые клетки способны образовывать опухоли сложного (многотканевого) строения -- тератомы, некоторые из них могут стать злокачественными. Достоверных данных, о том как ведут себя эти клетки в иммунокомпетентном организме, например, в организме человека, нет. Вместе с тем, следует отметить, что клинические испытания с применением дифференцированных дериватов (производных клеток) ЭСК уже начаты. Для получения ЭСК в лабораторных условиях приходится разрушать бластоцисту, чтобы выделить ВКМ, то есть разрушать эмбрион. Поэтому исследователи предпочитают работать не с эмбрионами непосредственно, а с готовыми, ранее выделенными линиями ЭСК.

Клинические исследования с использованием ЭСК подвергаются особой этической экспертизе. Во многих странах исследования ЭСК ограничены законодательством.

Одним из главных недостатков ЭСК является невозможность использования аутогенного, то есть собственного материала, при трансплантации, поскольку выделение ЭСК из эмбриона несовместимо с его дальнейшим развитием.

4.2 Фетальные стволовые клетки

Фетальные стволовые клетки получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9--12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, на Украине и в Великобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, британская компания ReNeuron исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта.



4.3 Постнатальные стволовые клетки

Несмотря на то, что стволовые клетки зрелого организма обладают меньшей потентностью в сравнении с эмбриональными и фетальными стволовыми клетками, то есть могут порождать меньшее количество различных типов клеток, этический аспект их исследования и применения не вызывает серьёзной полемики. Кроме того, возможность использования аутогенного материала обеспечивает эффективность и безопасность лечения. Стволовые клетки взрослого организма можно подразделить на три основных группы: гемопоэтические (кроветворные), мультипотентные мезенхимальные (стромальные) и тканеспецифичные клетки-предшественницы. Иногда в отдельную группу выделяют клетки пуповинной крови, поскольку они являются наименее дифференцированными из всех клеток зрелого организма, то есть обладают наибольшей потентностью. Пуповинная кровь в основном содержит гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные, но в ней присутствуют и другие уникальные разновидности стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей.

4.4 Гемопоэтические стволовые клетки

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) -- мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, мегакариоциты и тромбоциты, дендритные клетки) и лимфоидного рядов (Т-лимфоциты, В-лимфоциты и естественные киллеры). Определение гемопоэтических клеток было основательно пересмотрено в течение последних 20 лет. Гемопоэтическая ткань содержит клетки с долгосрочными и краткосрочными возможностями к регенерации, включая мультипотентные, олигопотентные и клетки-предшественники. Миелоидная ткань содержит одну ГСК на 10 000 клеток. ГСК являются неоднородной популяцией. Различают три субпопуляции ГСК, в соответствии с пропорциональным отношением лимфоидного потомства к миелоидному (Л/M). У миелоидно ориентированных ГСК низкое Л/М соотношение (>0, <3), у лимфоидно ориентированных -- высокое (>10). Третья группа состоит из «сбалансированных» ГСК, для которых 3 ? Л/M ? 10. В настоящее время активно исследуются свойства различных групп ГСК, однако промежуточные результаты показывают, что только миелоидно ориентированные и «сбалансированные» ГСК способны к продолжительному самовоспроизведению. Кроме того, эксперименты по трансплантации показали, что каждая группа ГСК преимущественно воссоздаёт свой тип клеток крови, что позволяет предположить наличие наследуемой эпигенетической программы для каждой субпопуляции.

Популяция ГСК формируется во время эмбриогенеза, то есть эмбрионального развития. Доказано, что у млекопитающих первые ГСК обнаруживаются в областях мезодермы, называемых аорта, гонада и мезонефрос, до формирования костного мозга популяция расширяется в фетальной печени. Такие исследования способствуют пониманию механизмов, ответственных за генезис (формирование) и расширение популяции ГСК, и, соответственно, открытию биологических и химических агентов (действующих веществ), которые в конечном счёте могут быть использованы для культивации ГСК in vitro.

До начала использования пуповинной крови основным источником ГСК считался костный мозг. Этот источник и сегодня достаточно широко используется в трансплантологии. ГСК располагаются в костном мозге у взрослых, включая бедренные кости, рёбра, мобилизации грудины и другие кости. Клетки могут быть получены непосредственно из бедра при помощи иглы и шприца, или из крови после предварительной обработки цитокинами, включая G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), способствующий высвобождению клеток из костного мозга.

Вторым, наиболее важным и перспективным источником ГСК является пуповинная кровь. Концентрация ГСК в пуповинной крови в десять раз выше, чем в костном мозге. Кроме того, у этого источника есть ряд преимуществ. Важнейшие из них:

ь Возраст. Пуповинная кровь собирается на самом раннем этапе жизни организма. ГСК пуповинной крови максимально активны, поскольку не подвергались негативному воздействию внешней среды (инфекционные заболевания, нездоровое питание и т. д.). ГСК пуповинной крови способны создать большую клеточную популяцию в короткий срок.

ь Совместимость. Использование аутологичного материала, то есть собственной пуповинной крови гарантирует 100%-ную совместимость. Совместимость с братьями и сёстрами составляет до 25 %, как правило, возможно также использование пуповинной крови ребёнка для лечения других близких родственников. Для сравнения, вероятность нахождения подходящего донора стволовых клеток -- от 1:1000 до 1:1000 000.

4.5 Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) -- мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты (клетки костной ткани), хондроциты (хрящевые клетки) и адипоциты (жировые клетки).

Предшественниками ММСК в эмбриогенный период развития являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Они могут быть обнаружены в местах распространения мезенхимы, то есть зародышевой соединительной ткани.

Основным источником ММСК является костный мозг. Кроме того, они обнаружены в жировой ткани и ряде других тканей с хорошим кровоснабжением. Существует ряд доказательств того, что естественная тканевая ниша ММСК расположена периваскулярно -- вокруг кровеносных сосудов. Кроме того, ММСК были обнаружены в пульпе молочных зубов, амниотической (околоплодной) жидкости, пуповинной крови и вартоновом студне. Эти источники исследуются, но редко применяются на практике. Например, выделение молодых ММСК из вартонова студня представляет собой крайне трудоёмкий процесс, поскольку клетки в нём также располагаются периваскулярно. В 2005--2006 годах специалисты по ММСК официально определили ряд параметров, которым должны соответствовать клетки, чтобы отнести их к популяции ММСК. Были опубликованы статьи, в которых представлен иммунофенотип ММСК и направления ортодоксальной дифференцировки. К ним относится дифференцировка в клетки костной, жировой и хрящевой тканей. Был проведён ряд экспериментов по дифференцировке ММСК в нейроноподобные клетки, но исследователи по-прежнему сомневаются, что полученные нейроны являются функциональными. Эксперименты также проводятся в области дифференцировки ММСК в миоциты -- клетки мышечной ткани. Важнейшей и наиболее перспективной областью клинического применения ММСК является котрансплантация совместно с ГСК в целях улучшения приживления образца костного мозга или стволовых клеток пуповинной крови. Многочисленные исследования показали, что ММСК человека могут избегать отторжения при трансплантации, вступать во взаимодействие с дендритными клетками и Т-лимфоцитами и создавать иммуносупрессивную микросреду посредством выработки цитокинов. Было доказано, что иммуномодулирующие функции ММСК человека повышаются, когда их пересаживают в воспалённую среду с повышенным уровнем гамма-интерферона. Другие исследования противоречат этим выводам, что обусловлено гетерогенной природой изолированных МСК и значительными различиями между ними, в зависимости от способа культивирования.

МСК могут быть активированы в случае необходимости. Однако эффективность их использования относительно низка. Так, к примеру, повреждение мышц даже при трансплантации МСК заживает очень медленно. В настоящее время проводятся исследования по активации МСК. Ранее проведённые исследования по внутривенной трансплантации МСК показали, что этот способ трансплантации часто приводит к кризу отторжения и сепсису. Сегодня признано, что заболевания периферических тканей, например, воспаление кишечника лучше лечить не трансплантацией, а методами, повышающими локальную концентрацию МСК.

4.6 Тканеспецифичные прогениторные клетки

Тканеспецифичные прогениторные клетки (клетки-предшественницы) -- малодифференцированные клетки, которые располагаются в различных тканях и органах и отвечают за обновление их клеточной популяции, то есть замещают погибшие клетки. К ним, 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.



5. Характеристики эмбриональных стволовых клеток

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

2) Тотипотентность - способность дифференцироваться в целостный организм (11 дней после оплодотворения);

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. 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.



6. Революция в медицине стволовых клеток

В медицине стволовых клеток сделано революционное открытие. Ученые из медицинской школы при Стэнфордском университете сумели превратить клетки кожи мыши сразу в работающие нейронные клетки головного мозга, добавив для этого всего-навсего три гена. При этом удалось значительно ускорить процесс и избавиться от промежуточной стадии -- предварительного превращения первоначальных клеток в плюрипотентные стволовые, без которых, как считалось раньше, превращаться из одного вида в другой клетки не могут.

«Мы напрямую превратили один тип клеток в совершенно другой, -- заявил Мариус Вернинг, профессор патологии Стэнфордского университета, руководитель исследования и автор статьи о результатах революционных экспериментов, опубликованной в журнале Nature. -- Они оказались полноценными и работающими нейронами, которые способны выполнять все те основные функции, которые выполняют нейроны в головном мозге». Превращение клеток кожи в клетки головного мозга произошло в течение всего лишь недели. При этом КПД оказался довольно высоким и составил 20%, т.е. каждая пятая клетка кожи превратилась в нейрон.

Сейчас ученые пытаются повторить опыт и с человеческими клетками. Много лет считалось, что клеточная специализация, или дифференциация, похожа на дорогу в один конец -- плюрипотентные, т.е. способные развиваться по разным сценариям, эмбриональные стволовые клетки превращаются в клетки самых разных видов, однако по мере того, как дочерние клетки становятся все больше и больше специализированными и обретают свойства клеток нового вида, они также становятся и все больше изолированными. Процесс можно сравнить с ростом дерева, когда от ствола сначала отделяются ветки, а на них уже позднее вырастают листья.

Считалось также, что клеткам при помощи физиологических модификаций, которые называются эпигенетическими изменениями, уготовано стать каким-то одним типом клеток. Клетка кожи, думали до сих пор ученые, не может превратиться в нейронную клетку, так же как лист не может перебираться с одной ветки на другую. Однако с появлением в 1997 году овечки Долли, клонированной из взрослой клетки, ученые начали сомневаться в правильности этой теории.

Оказалось, что при определенных условиях специализированные клетки могут как бы избавляться от этих ограничений и вести себя как эмбриональные стволовые клетки. В 2007 году появилось сообщение о создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, или iPS клеток, т.е. обычных клеток, которые при помощи генетических изменений могут стать стволовыми и вырастать в клетки любой ткани. Чудо-клетки получили из клеток кожи человека после того, как в них ввели четыре белка, связанных со стволовыми клетками. Они отвечают за перенос информации с молекулы ДНК в структуру мРНК (транскрипцию), связывая специфичные участки ДНК, и называются факторами транскрипции. Как только клетки достигли плюрипотентного состояния, ученые заставили их превращаться в новый вид клеток.

Если вернуться к сравнению с деревом, то это превращение веток обратно в ствол. Вернувшись назад в эмбриональное состояние, клетки начинают развиваться в другой вид.

В 2008 году Дуг Мелтон из Гарвардского института стволовых клеток доказал, что у взрослой мыши можно перепрограммировать один тип клеток поджелудочной железы в другой, заразив клетки группой вирусов, которые выражают всего лишь три фактора транскрипции. У некоторых ученых, включая Мариуса Вернинга, стали возникать сомнения в необходимости стадии плюрипотентных клеток. Для проверки своей гипотезы он вместе с коллегами стал заражать клетки кожи зародыша мыши специально отобранными 19 генами и следить за реакцией клеток. Переносчиком генов был лентивирус. Через 32 дня выяснилось, что некоторые из клеток кожи начали сильно напоминать нейронные клетки. Затем Вернинг сократил первоначальный список из 19 генов до трех, которые и отвечали за процесс превращения. Отобрав три важных гена, ученые повторили опыт, но теперь клетки кожи были взяты из хвоста взрослой мыши. Скорость превращения значительно возросла. Менее чем через неделю почти 20% клеток кожи превратились в нейронные. Они не просто были похожи на нейронные, но и вели себя как нейронные клетки.

На основании результатов экспериментов Вернинг предположил, что плюрипотентная стадия может быть вовсе не необходимой стадией процесса превращения одних клеток в другие, а всего лишь одной из форм состояния клеток. Если эксперимент закончится удачно и с клетками кожи людей, то из клеток кожи пациентов, страдающих, например, от болезни Паркинсона или болезни Альцгеймера, можно будет получать нейроны с генетическими дефектами, вызывающими болезнь, изучать их и испытывать на них лекарства.



7. Законодательные аспекты

Распоряжением Правительства РФ от 23 декабря 2009 г. № 2063-р Минздравосцразвития России, Минпромторгу России и Минобрнауки России было поручено 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. Поскольку законопроект вызвал возмущение общественности и ученых, он был отправлен на доработку и на данный момент не принят.

1 июля 2010 года Федеральная служба по надзору в сфере здравоохранения и социального развития выдала первое разрешение на применение новой медицинской технологии ФС № 2010/255 (лечение собственными стволовыми клетками).

3 февраля 2011 года Федеральная службой по надзору в сфере здравоохранения и социального развития выдала разрешение на применение новой медицинской технологии ФС № 2011/002 (лечение донорскими стволовыми клетками следующих патологий: возрастные изменения кожи лица второй или третьей степени, наличие раневого дефекта кожи, трофической язвы, лечение аллопеции, атрофическое поражение кожи, в том числе атрофические полосы (striae), ожоги, диабетической стопы)



Список литературы

медицина клеточная терапия эмбриональный

1. Кухарчук, А.Л. Стволовые клетки / А.Л. Кухарчуч, В.В. Радченко, В.М. Сирман // Высшая школа, 2010 - 283 с.

2. Ткачук, В.А. Стволовые клетки и регенеративная медицина /А.В. Ткачук // Макс Пресс, 2011 - 351 с.

3. Владимирская, Е.Б. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками / Е.Б. Владимирская, О.А. Майорова, С.А. Румянцев, А.Г. Румянцев // ISBN 5-98803-013-0, 2005 - 392 с.

Размещено на Allbest.ru