Стволовые клетки: миф и реальность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стволовые клетки: миф и реальность

Бекбосынова А.М.

Научный руководитель: к.м.н. Мамалинова Г.К.

ВВЕДЕНИЕ

Конец ХХ века ознаменовался крупными достижениями молекулярной и клеточной биологии, которые создали предпосылки для применения принципиально новых эффективных технологий при лечении различных заболеваний. Успешная разработка методов получения и длительного культивирования стволовых клеток (СК) открыли широкие перспективы для применения их в медицине. Поэтому достижения в этой области являются интересными и актуальными как для биологии, так и для медицины.

ПОНЯТИЕ О СТВОЛОВЫХ КЛЕТКАХ

Стволовые клетки - это уникальные клеточные популяции, способные к самовозобновлению и дифференцировке в различные клеточные типы. В отличие от других клеток организма, выполняющих строго определенные функции, СК остаются недифференцированными и обладают возможностью в ходе развития дифференцироваться в специализированные клетки. Из стволовой клетки могут возникнуть кожные, нервные, клетки крови и др. Термин “стволовая клетка“ был введен в биологию А. А. Максимовым в 1908 году на съезде гематологического общества в Берлине. В 70-х годах ХХ века А. Я. Фриденштейн и И. Л. Чертков открыли в строме костного мозга мезенхимальные (стромальные) СК, что положило начало исследованиям роли этих клеток в регенерации поврежденных тканей взрослого организма, в частности при трансплантации костного мозга. В 1981 году американскому ученому Мартину Эвансу впервые удалось выделить эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) из зародыша мыши. А в 1998 г. американцы Д. Томпсон и Д. Герхарт выделили ЭСК из внутриклеточной массы 4-дневного человеческого эмбриона. Это открытие позволило выращивать СК in vitro для биомедицинских исследований. В 1999 г. получение ЭСК человека было признано третьим по важности событием в биологии ХХ в. после открытия двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

По происхождению и источнику выделения СК можно разделить на: 1. СК эмбриона (до имплантации на 5-8 день оплодотворения, бластоциста в 250-350 клеток) и тканей плода (абортивный материал на 9-12 неделе); 2. СК взрослого организма («регионарные» стволовые клетки);3. Пуповинная кровь неврождённого. При повреждении тканей соответствующего органа, находящиеся в нем СК мигрируют к зоне повреждения, делятся и дифференцируются, образуя в этом месте новую ткань. По способности к дифференцировке выделяют тотипотентные, плюрипотентные, мультипотентные и унипотентные СК]. Оплодотворенную яйцеклетку, зиготу, называют также тотипотентной СК (от лат. «totus» -полный, единый). Эта единственная клетка воспроизводит все органы эмбриона и необходимые для его развития структуры- плаценту и пуповину. Доля стволовых клеток в тканях взрослого организма, как правило, очень мала. Например, кроветворные стволовые клетки (КСК) встречаются с частотой 1:10 000 - 15 000 клеток костного мозга или 1:100 000 клеток периферической крови. В зависимости от возраста: при рождении 1 СК на 10 000 других клеток, к 30 годам 1 СК на 300 000 клеток, а к 50 годам - 1 СК на 500 000.

Все СК независимо от происхождения и источника выделения обладают несколькими уникальными свойствами: 1. Они неспециализированы - т. е. не имеют тканеспецифичных структур, позволяющих выполнять специализированные функции; 2. Способны к пролиферации т. е. к длительному размножению и продукции большого числа клеток; 3. Способны к дифференцировке - процессу специализации клеток; 4. Способны к асимметричному делению, т. е. из каждой стволовой клетки при митозе образуются две дочерние, одна из которых идентична родительской и остается стволовой, другая дифференцируется в специализированные клетки. Этот процесс нарушается с возрастом, у пожилых людей меньше СК, чем у детей и взрослых, но какое-то количество их сохраняется до глубокой старости; 5. Путем миграции к зоне повреждения СК способствуют регенерации . Таким образом, ЭСК дают начало всем типам клеток человеческого организма.

Стволовые клетки - пожалуй, один из самых сильных факторов естественной стимуляции иммунной системы, повышения активности систем защиты организма от патологических внешних факторов, включая экологическое неблагополучие. Наиболее ярко положительные результаты клеточной терапии могут проявиться у больных с заболеваниями печени (активный гепатит, цирроз печени, аутоиммунный гепатит и др.), тяжелыми болезнями кишечника (неспецифический язвенный колит, болезнь Крона).

ТЕРАПИЯ СТВОЛОВЫМИ КЛЕТКАМИ В КАЧЕСТВЕ РЕАБИЛИТАЦИИ БОЛЬНЫХ, ПЕРЕНЕСШИХ ТЯЖЕЛЫЕ ОПЕРАТИВНЫЕ ВМЕШАТЕЛЬСТВА, ТРАВМЫ, РОДЫ

В гинекологической практике лечение недержания мочи при помощи всего лишь одного укола, возможно, в скором времени станет реальностью. Специалисты Московского областного научно-исследовательского института акушерства и гинекологии недавно испробовали новый подход к лечению этого заболевания - при помощи стволовых клеток.

Особый раздел практического применения клеточной терапии посвящен проблемам лечения и профилактики преждевременного и патологического старения организма, омоложения органов и тканей. Применение стволовых клеток у лиц с высокими темпами старения, опережающими паспортный возраст, позволяет повысить все основные функции организма, общий жизненный тонус человека, его физическую и умственную работоспособность, приблизить биологический возраст к паспортному возрасту за счет физиологического омоложения организма. Важно иметь в виду, что применение стволовых клеток не является самостоятельным методом лечения болезней старения человека.

ПРИМЕНЕНИЕ СК В КАРДИОЛОГИИ

В последние годы сделано несколько ключевых открытий, связанных с применением СК в кардиологии. D. Ortic и соавт. вызывали у мышей повреждение кардиомиоцитов путем перевязки левой главной коронарной артерии. Затем животным вводили в пораженную стенку левого желудочка костно-мозговые СК, которые вызывали образование кардиомиоцитов, эндотелия и гладкомышечных клеток кровеносных сосудов. В результате удавалось добиться образования нового миокарда, включая коронарные артерии, артериолы и капилляры. Через 9 дней после начала заместительной клеточной терапии вновь образованный миокард занимал 68% поврежденной территории левого желудочка. Таким образом, удалось заменить «отмерший» миокард живой, активно функционирующей тканью.

Установлено, что введение СК в зону повреждения сердечной мышцы (зону инфаркта) устраняет явления постинфарктной сердечной недостаточности у экспериментальных животных.

ПРИМЕНЕНИЕ СК В НЕВРОЛОГИИ И НЕЙРОХИРУРГИИ

Большое значение придают СК (в частности, стромальным) при лечении различных нейродегенеративных и неврологических заболеваний: болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, хореи Гентингтона, мозжечковых атаксий, рассеянного склероза и др. Болезнь Паркинсона вызывается прогрессирующей дегенерацией и потерей допаминпродуцирующих нейронов (ДП-нейронов), что приводит к развитию тремора, ригидности и гипокинезии. В нескольких лабораториях с успехом применяют методы, индуцирующие дифференцировку ЭСК в клетки со многими свойствами ДП-нейронов. После трансплантации СК, дифференцирующихся в ДП-нейроны, в головном мозге крыс с моделью болезни Паркинсона наблюдалась реиннервация головного мозга с высвобождением допамина и улучшением моторной функции .

G. Steinberg и соавт. из отдела нейрохирургии Стенфордского университета у крыс с моделью мозгового инсульта изучали выживаемость, миграцию, дифференцировку и функциональные свойства человеческих зародышевых нервных СК, вводимых животным в 3 разных участка тела, отличающихся по расстоянию от пораженного участка коры головного мозга. Через 5 недель после введения СК наблюдали миграцию клеток в область повреждения и их дифференцировку в нейроны. Результаты этого исследования свидетельствуют о потенциальной возможности использования СК в лечении мозгового инсульта [3].

ПРИМЕНЕНИЕ СК В ЭНДОКРИНОЛОГИИ

Региональные СК существуют в поджелудочной железе в панкреатических протоках и островках Лангерганса. В нескольких последних сообщениях указывается, что СК, экспрессирующие нестин (который обычно рассматривается как маркер нервных клеток), могут генерировать все типы островковых клеток. Российскими биологами (Институт биологии гена РАН, Харьковский институт криобиологии и фирма Вирола) разработана методика индукции в культуре стволовых стромальных клеток дифференцировки в направлении клеток, подобных клеткам островков Лангерганса, синтезирующим инсулин. Синтез этого белка был продемонстрирован с помощью современных методов молекулярной биологии и цитологии. Интересно, что эти клетки формируют в культуре структуры, напоминающие островки Лангерганса. Они могут быть использованы для лечения диабета.

ПРИМЕНЕНИЕ СК В ГЕПАТОЛОГИИ

Много исследований посвящено изучению природы СК, которые могут восстанавливать печень взрослых млекопитающих. Работы, выполненные на грызунах, свидетельствуют о том, что СК костного мозга могут находиться в печени после ее повреждения и обнаруживают пластичность, превращаясь в гепатоциты. E. Lagasse и соавт. [18] вводили мышам с моделью печеночной недостаточности нефракционированные мышиные КСК. Введение этих клеток способствовало восстановлению показателей печеночных функций и увеличению выживаемости.

ПРИМЕНЕНИЕ СК В ГЕМАТОЛОГИИ

стволовой клетка кардиология реабилитация

Одна из популяций костно-мозговых стволовых клеток - КСК ответственны за продукцию всех типов клеток крови. К числу первых заболеваний, при которых стали использовать с лечебной целью КСК относятся гемобластозы: острые лейкозы, хронический миелолейкоз, миеломная болезнь и др. При перечисленных заболеваниях опухолевые гемопоэтические клетки разрушаются с помощью больших доз химиотерапии и/или общего облучения с последующим восстановлением нормального гемопоэза путем трансплантации аллогенных КСК.

ПРИМЕНЕНИЕ СК В ЛЕЧЕНИИ АУТОИММУННЫХ БОЛЕЗНЕЙ

По аналогии с лечением гемобластозов изучают возможность использования КСК при некоторых аутоиммунных заболеваниях - системной красной волчанке, синдроме Съегрена, ревматоидном артрите, сахарном диабете типа 1 и рассеянном склерозе. При перечисленных заболеваниях у больных собирались и замораживались КСК, затем пациенты получали высокодозированную химио/радиотерапию, после чего проводилась аутотрансплантация ранее замороженных КСК. После указанной процедуры в течение 3 лет наблюдали 7 больных. На протяжении всего периода наблюдения у больных отсутствовали активные проявления болезни и они не нуждались в иммуносупрессивной поддерживающей терапии.

Суммируя представленные данные о роли СК в организме человека, методах их выделения и использования, можно заключить, что изучение СК в любом аспекте представляется крайне актуальной научной проблемой, решение которой способно совершить качественный прорыв в медицине.

Размещено на Allbest.ru