Размещено на http://www.allbest.ru

ГБОУ ВПО «Уральский государственный медицинский университет»

Министерства Здравоохранения России

Кафедра медицинской физики, информатики и математики

Дисциплина «Современная научная картина мира»

Реферат на тему:

«Клеточная терапия - достижения и проблемы»

Выполнила:

Студентка группы ОП-107

Габдулина Лилия Инусовна

Проверил:

доцент кафедры, кандидат

физико-математических наук

Первухин Николай Аркадьевич

Екатеринбург, 2016

Введение:

Клеточная терапия -- комплекс терапевтических подходов, основанных на трансплантации клеток в больной организм с целью его лечения. Одно из широко известных и бурно развивающихся направлений клеточной трансплантологии -- терапия стволовыми клетками.

Внедрение в клиническую практику методов клеточной трансплантации позволило излечить некоторые формы лейкемии, увеличить продолжительность жизни сотням нуждающихся в пересадке органов людей, существенно повысить качество жизни пациентов, страдающих сахарным диабетом, рассеянным склерозом и многими другими заболеваниями.

Клеточная трансплантация включает последовательные этапы: выделение клеток из ткани, манипуляции вне организма в искусственной среде (очистка, фракционирование, культивирование, ген-модификация и другие) и их введение в организм реципиента (при аллогенной и ксеногенной клеточной трансплантации) или самого донора (при аутогенной).

клеточный терапия трансплантология стволовой

Современное состояние применения Клеточной терапии

В практике применения клеточных технологий можно четко выделить 2 подхода, которые различаются научно-методологическими принципами, положенными в их основу. Первый подход - более ранний - связан с применением специализированных (дифференцированных) клеток растущих организмов (человека и животных). Второй подход начал развиваться последние 3 -5 лет и связан с разработкой технологий применения недифференцированных (стволовых) клеток человека.

1. Применение специализированных (дифференцированных) клеток из растущих организмов для восстановительного лечения поврежденных органов:

Технически этот метод клеточной терапии в клинике стали выполнять двумя способами: путем непосредственной трансплантации донорских клеток в строго заданные участки тканей поврежденных органов (например, доставка нейрональных клеток с помощью стереотаксической техники) или доставки клеток в соответствующие органы током крови (например, при интрапортальном введении клеток островковой ткани поджелудочной железы), а также путем дистанционного управления процессами регенерации и пролиферации в поврежденных органах за счет временного размещения донорских клеток в экстракорпоральном контуре перфузионных систем, осуществляющих инкубацию донорских клеток в потоке крови или плазмы больного (например, клеток печени, селезенки).

1) В процессе изучения терапевтических возможностей метода клеточной трансплантации стало очевидным, что главным препятствием на пути внедрения клеточных технологий в широкую клиническую практику служат ограничения в получении достаточных количеств биоматериала - специализированных (дифференцированных) клеток с высокой биологической активностью, которой, как известно, обладают клетки из тканей молодых развивающихся организмов.[ Бабаева А.Г., Курило Л.Ф., Зотиков Е.А., и др. БЭБиМ. 2003. №1. с 86-87.]

Дефицит донорского материала для лечения больных методами клеточных трансплантаций, призыв к ограничению использования ксеногенных источников из-за их более высокой антигенности, опасности заражения прионами и другими инфекциями, а также необходимость стандартизации используемых клеток и приготовления из них клеточных препаратов обусловили в последние 3-5 лет пробуждение необычайного интереса исследователей всего мира к проблеме стволовых клеток и к их так называемому «терапевтическому клонированию».[ Викторов И.В. Сухих Г.Т. Вестник РАМН. 2002. №4 с.27]

2. Биологические возможности применения стволовых клеток для восстановительного лечения поврежденных органов:

Стволовые клетки (СК) это клоногенные клетки, способные к самообновлению и дифференцировке в другие типы клеток.

1) СК ассиметрично делятся, то есть при пролиферации СК вместо образования 2-х одинаковых дочерних клеток одна- дочерняя клетка становится коммитированной (commit - поручать, вверять), способной стать более специализированной, а другая - остается неспециализированной СК;

2) СК способны к самообновлению, т.е. репопулируют (пролиферируют без дифференцировки) на протяжении неопределенно длительного периода времени или даже в течение всей жизни организма ;

3) СК могут дифференцироваться в специализированные типы клеток, проходя стадию прогениторных клеток (предшественников) из так называемого краткосрочно существующего пула неспециализированных коммитированных СК.

По происхождению различают 2 группы СК - эмбриональные и региональные (взрослые) СК.

Получение и свойства стволовых клеток:

Эмбриональные (ЭСК): ЭСК официально пока не используются в клинической медицине из-за морально-этических и правовых проблем, связанных с прекращением развития человеческих зародышей, а также опасности перерождения отдельных популяций этих клеток в злокачественные тератокарциномные опухоли после трансплантации во взрослый организм. Однако, несмотря на это, в ведущих медицинских центрах мира уже более 5 лет не прекращаются интенсивные научные исследования условий выращивания бессмертных линий ЭСК и их направленной дифференцировки в различные типы соматических клеток, так как технологическая возможность осуществления ген-индуцированной селекции этих клеток делает ЭСК уникальным потенциальным источником сырья для получения промышленных объемов высокоэффективных очищенных стандартизированных клеточных препаратов. Другими словами, ЭСК представляют собой новый мощный биоресурс медицины.

Для получения лабораторных линий дифференцированных соматических клеток обычно используют 3 природных источника ЭСК: бластоцисты человека (4-6 дней гестации), половой зачаток фетусов 4-5- недель развития, а также клетки зародыша на стадии гаструляции (8-12 дней гестации), которые еще поддаются репрограммированию в линии ЭСК.

Однако основным источником сырья для получения клонов ЭСК остаются бластоцисты человека после искусственного оплодотворения яйцеклетки в условиях in vitro. Принято считать, что зародыш на стадии бластоцисты представляет собой "стволовую нишу", в которой четко разделены эмбриобласт и поддерживающие его клетки трофобласта, выполняющие роль своеобразного фидера. Клетки трофобласта вырабатывают кофакторы выживания и защиты, которые необходимы для сохранения и пролиферации плюрипотентных клеток внутреннего зародышевого слоя. Одновременно эти клетки блокируют неконтролируемую пролиферацию эмбриобласта (позже эпибласта) in situ. Только малая доля клеток эмбриобласта на этапе бластоцисты сохраняет тотипотентность, так как только 1-2% клеток удается переводить в бессмертную самопроизводящуюся линию ЭСК.

Репрограммирование эмбриобласта в линию ЭСК начинают с механического отделения эмбриобласта от трофобласта. Затем фрагменты эмбриобласта помещают на "фидер" из фетальных фибробластов без факторов, ограничивающих пролиферацию тотипотентных клеток.[ Потапов И.В. Крашенинников М.Е. Онищенко Н.А. Вестник трансплантологии и иск. Органов. 2001. №2. с 54-62]

В последние годы были разработаны методы длительного пассирования ЭСК в течение 1- 2-х и более лет без изменения их гено/фенотипа, причем культуры ЭСК могли пройти за этот срок более 450 циклов самоудвоения без анеуплоидии и малигнизации. Необходимо подчеркнуть, что рост ЭСК в культуре идет клонами с образованием клеточных агрегатов (эмбриоидные тельца).

Образование эмбриоидных телец начинается с агрегации однородных СК, которые пролиферируют и по мере нарастания клеточной массы (клеточности) изменяют состав внутренней локальной микросреды с формированием концентрационных градиентов веществ, которые приводят к изменению экспрессии генов и развитию процессов дифференцировки клеток внутри эмбриоидного тельца. Процесс формирования градиента концентраций веществ протекает динамично по мере нарастания клеток и касается в первую очередь изменений концентраций СО₂, NO, O₂, глюкозы, а затем состава пептидов и факторов роста. Это в свою очередь меняет характера межклеточных «cell-cell» взаимодействий и ведет к формированию клеток различных по направлению дифференцировки. Когда клеточные агрегаты достигают размеров 50-80 клеток, наступает равновесие между пролиферацией и апоптозом. Спонтанную дифференцировку и гибель клеток обычно предотвращают повторным диспергированием агрегатов.

Дифференцировка ЭСК наступает после смены среды, удаления фидера и LIF, а также добавления сыворотки, что ведет к прикреплению клеток к подложке, образованию монослоя и формированию их цитоскелета.

Для прикрепления клеток к подложке добавляют не только сыворотку, но и индукторы цитодифференцировки в строго определенных концентрациях, преимущественно белки, которые участвуют в ранних стадиях формирования различных клеточных типов. Для этих целей используют активин А, который индуцирует преимущественно мезодермальную дифференцировку и главным образом образование мышечных клеток (скелетных, кардиомиоцитов); эпидермальный фактор роста, который индуцирует образование мезодермальных и эктодермальных клонов (специфичен для образования клеток кожи); нейрогенный фактор роста, который способствует образованию клонов клеток мезодермы, эктодермы и эндодермы (специфичен для образования клеток печени и эндокринной части поджелудочной железы). При обработке ЭСК нейрогенным фактором роста и ретиноевой кислотой формируется клеточная популяция, содержащая около 50% клеток, несущих маркеры нервных клеток.

Показано, что дифференцировка ЭСК в нейроны, кардиомиоциты и клетки других фенотипов (хондроцитов) идет in vitro в среднем 10-15 дней, тогда как аналогичный процесс в зародыше занимает 5-7 дней. В результате только часть событий клеточного и органного морфогенеза хаотически воспроизводится в культуре эмбриоидных агрегатов.[ Потапов И.В. Крашенинников М.Е. Онищенко Н.А. Вестник трансплантологии и иск. Органов. 2001. №2. с 54-56]

2) Важно отметить также, что при создании условий дифференцировки клеток в определенном направлении только незначительная часть клеток начинает проявлять свойства заданного фенотипа (не более 1/3). Именно поэтому получение клеток определенного фенотипа пока представляет собой непростую задачу, решение которой осуществляется путем этапных воздействий определенными химическими сигналами на спонтанно формирующиеся эмбриоидные агрегаты ЭСК (обычно мыши и/или человека) с расшифровкой экспрессирующихся при этом генов, а также путем ген-индуцированной стимуляции дифференцировки в предварительно трансфецированных ЭСК.[ Расулов М.Ф. Тихоокеанский мед.журнал. 2004, №1 (15), с 7.]

Региональные (РСК): Региональные СК (РСК), в частности аутологичные СК костного мозга, в отличие от ЭСК, уже используются в клинике для восстановительного лечения нарушенных функций сердца, печени, а также для устранения дефектов костей и заживления ожоговых ран. Активное использование РСК для целей регенерационной медицины оказалось возможным благодаря отсутствию правовых ограничений на их применение, доступности получения, онкологической безопасности и иммунологической совместимости этих клеток, т.к. донорами РСК обычно являются сами реципиенты (больные).

В отличие от плюрипотентных ЭСК - РСК уни-, ди- и мультипотентны. Они имеют сниженную популяционную активность (низкая активность теломеразы) и ограниченный потенциал дифференцировки.

Именно поэтому для РСК в условиях in vitro и in vivo особенно важны сигналы культурального и тканевого микроокружения, под влиянием которых РСК дифференцируются в соответствующие зрелые специализированные клетки, поддерживая стабильность процессов самообновления органов и тканей (физиологическая регенерация).

Основным источником получения РСК для клеточной терапии служат собственные ткани взрослого человека. Перечень тканей, содержащих СК, постоянно расширяется, и в настоящее время включает: костный мозг, периферическую и пуповинную кровь, головной мозг (зубчатое ядро гиппокампа, обонятельная луковица и субэпиндимальная зона латеральных желудочков) и спинной мозг, дентальную пульпу, кровеносные сосуды, скелетные мышцы (сателлитные клетки), эпителий кожи и пищеварительного тракта, роговицу, ретину, печень и поджелудочную железу.

Перед трансплантацией РСК культивируют - освобождают от тканевого балласта и создают условия для клонирования и дифференцировки, так как известно, что выход СК в дифференцировку и направление дифференцировки регулируются сигналами микроокружения и их специфичностью.

При культивировании РСК, как и при культивировании ЭСК, выявляется общая закономерность выживания клеток в культуре. Она состоит в том, что при создании условий направленной дифференцировки клеток только часть клеток обнаруживает свойства дифференцировки в заданном направлении (это подтверждается особенностями морфологической структуры, гистохимическим или иммуно-гистохимическим выявлением маркерных белков). Остальные клетки (до 2/3 клеточной популяции), образуя структуры кластеров с дифференцированными клетками, относятся к клеткам иного направления развития. Эти клетки имеют общность эмбрионального происхождения с дифференцированными клетками и очевидно, в культуре выполняют функции фидерного слоя. Так, нейроциты в культуре окружены клетками глии, также имеющими эктодермальное происхождение, миоцито- и кардиомиоцитоподобные клетки окружены фибробластами - клетками мезодермального происхождения.

Невозможность выклонировать чистую культуру дифференцированных клеток подтверждает участие РСК в формировании структурной целостности ткани и в создании ее апуд-системы, обеспечивающей адекватное функционирование в ней специализированных клеток.

Неудивительно поэтому, что и в условиях in vitro или при повреждении тканей РСК проявляют свои уни-, ди- или мультипотентные свойства, дифференцируясь в клетки тех тканей, из которых они происходят.

Так, из фракции гемопоэтических СК костного мозга могут быть получены клетки крови и иммунной системы; из фракции стромальных СК костного мозга - другие клетки мезенхимального происхождения: остеобласты, хондроциты, фибробласты, тендоциты, миоциты, кардиомиоциты, адипоциты и др.; из нейрональных СК могут быть получены различные нейроны а также глиальные клетки (астроциты, олигодендроциты, шванновские - миелинпродуцирующие клетки, клетки микроглии) и клетки наружного (кожного) эпителия; из СК печени (овальные клетки) могут быть получены гепатоциты и эпителий желчных протоков; из СК кишечного эпителия - клетки поджелудочной железы, а также эпителий кишечника ; из прогениторных эпителиальных клеток поджелудочной железы - гепатоциты.[ Потапов И.В. Крашенинников М.Е. Онищенко Н.А. Вестник трансплантологии и иск. Органов. 2001. №2. с 58-62]

Перспективы развития клеточных технологий

Современная медицина уже приступила к использованию клеточных технологий для лечения различных заболеваний которые по сути представляют собой аномальное поведение отдельных клеточных популяций в организме и которые могут быть скорректированы клеточными факторами молодых здоровых клеток.

Главным препятствием на пути внедрения этих технологий в широкую клиническую практику служат 2 обстоятельства: сохраняющихся дефицит донорского материала с выраженной популяционной активностью и отсутствие убедительных доказательств получения выраженных и пролонгированных клинических эффектов.

Для решения проблемы нехватки клеточного биоматериала особые надежды возлагаются на расширенное использование ЭСК после того как в отдельных странах и в мировом сообществе в целом будут отработаны и согласованы различные этико-правовые аспекты терапевтического клонирования этих клеток.

3) Технологическая возможность осуществления длительного (многолетнего) пассирования ЭСК без анеуплоидии и малигнизации, возможность осуществления ген-индуцированной дифференцировки и безопасной селекции этих клеток превратят ЭСК в уникальный и неисчерпаемый источник сырья для получения промышленных объемов стандартизированных клеточных препаратов.[ Шумаков В.И., Онищенко Н.А., Крашенинников М.Е., и др. Вестник трансплантации и иск. органов 2002, 4, 3-6.]

Выводы:

Клеточная трансплантация имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

1) Более низкая себестоимость, по сравнению с органной трансплантацией.

2) Безопасна.

3) Позволяет обеспечить медицинскую помощь большому количеству больных.

4) Позволяет отказаться полностью или использовать слабые иммуносупрессивные препараты.

5) С помощью метода клеточной трансплантации появляется возможность возмещения отсутствующих клонов специализированных клеток в поврежденных органах, возможность увеличения пула функционирующих клеток, а также активизации в сохранившихся клетках поврежденного органа собственного резерва регенерации и пролиферации.

Недостатки:

1) Дефицит донорского материала.

2) Этические проблемы трансплантации клеток.

3) Недостаточно изучены факторы дифференцировки клеток.

Литература:

1) Бабаева А.Г., Курило Л.Ф., Зотиков Е.А., и др. БЭБиМ. 2003. №1. с 86-89.

2) Викторов И.В. Сухих Г.Т. Вестник РАМН. 2002. №4 с.24-30.

3) Потапов И.В. Крашенинников М.Е. Онищенко Н.А. Вестник трансплантологии и иск. Органов. 2001. №2. с 54-62.

4) Расулов М.Ф. Тихоокеанский мед.журнал. 2004, №1 (15), с 7-9.

5) Шумаков В.И., Онищенко Н.А., Крашенинников М.Е., и др. Вестник трансплантации и иск. органов 2002, 4, 3-6.

Размещено на Allbest.ru