Введение
МИКРОХИРУРГИЯ (греч, mikros малый + хирургия) - направление в хирургии, сочетающее обычные хирургические приемы и технику операций под микроскопом с использованием специальных миниатюрных инструментов и тончайших травматических игл с впаянными в них нитями.
Экспериментальные методы стали применяться цитологами уже во второй половине прошлого столетия. Первые микрооперации проводились на сравнительно крупных объектах, например на развивающихся клетках различных животных, без использования каких-либо специальных приспособлений и при небольших увеличениях лупы или препаровального микроскопа. Микрооперации на отдельных клетках мелких размеров стали проводить только в начале XX столетия, когда был сконструирован прибор, называемый микроманипулятором. Микроманипуляторы позволяют проводить очень тонкие операции над клеткой и ее органоидами. Для этих операций требуются большие увеличения микроскопа и специальные микроинструменты, которые чаще всего изготовляются самим экспериментатором из тонких стеклянных нитей или палочек. Методы микрургии широко применяются и для выделения тканевых клеток или одноклеточных органоидов при переносе их в новую культуральную среду или в организм животного, что особенно важно для получения клонов. Наконец, к числу сложных микрохирургических операций, которые начали применяться сравнительно недавно, относится извлечение и трансплантация ядер, ядрышек и других органоидов клетки. Для этих операций пригодны главным образом крупные клетки простейших и других одноклеточных организмов, а также и крупные клетки некоторых многоклеточных животных, например амфибий. Операции по пересадке ядер дают возможность изучить роль ядра и цитоплазмы в жизни клеток, изучить изменения, происходящие в безъядерных клетках, выяснить участие ядра и цитоплазмы в передаче по наследству тех или иных признаков.
Реконструкция клеток - важный прием в решении многих задач биологии
За последние 15 лет активно развиваются работы по реконструкции клеток, причем число публикаций лавинообразно нарастает. И это естественно, так как реконструируемые клетки, формируемые из ядра и цитоплазмы различного происхождения, могут использоваться для решения большого количества важнейших биологических проблем. В настоящий момент проблема клеточной реконструкции вступает в новый этап в связи с появлением нового эффективного физического метода – электростимулируемого слияния клеток.
Реконструкция эмбриональных клеток и проблемы биологии развития. Реконструкция эмбриональных клеток, по существу включает в себя такую важную задачу биологии развития, как механизмы реализации генетической информации. Это направление призвано решить такие важные проблемы как исследование реальной тотипотентности генома клеток разного уровня дифференцировки, способность геномов к репрограммированию, исследование подходов к получению отцовских и материнских копий или клонированию, получению гибридных животных и межвидовых химер путем искусственного слияния геномов и создания реконструированных зигот и ранних эмбрионов. Реконструкция эмбриональных клеток позволяет взглянуть на взаимодействие ядра и цитоплазмы, рецепторных структур мембраны и генома. Особое место занимают опыты по пересадке ядер опухолевых клеток в энуклеированные яйцеклетки. Реконструкция эмбриональных клеток открывает возможность для изучения роли внеядерной наследственности в развитии.
Реконструкция дифференцированных клеток и проблемы цитологии. Подобные приемы реконструкции весьма важны для выяснения механизмов деления, в частности механизмов активации хроматина при реконструкции клеток из предшественниц, находящихся на разных стадиях митотического цикла. Эти исследования помогают выявить механизмы корреляции тех или иных свойств клеток, например взаимосвязь между увеличением способности клетки к метастазированию и злокачественному росту с уменьшением способности к формированию межклеточных диффузионных каналов. Наконец, они важны для изучения механизмов старения клетки.
Реконструкция клеток и проблемы реализации генетической информации криоконсервированных геномов исчезающих видов животных. При существующих методах криоконсервации и размораживания различных клеточных структур (гаметы, гонады, зародыши) в 30-50% случаев повреждается цитоплазматическая мембрана. Цитоплазматическая мембрана может также нарушаться при перекисном окислении мембранных липидов. Вместе с тем неоднократно указывалось, что хромосомы гораздо устойчивее к процессам замораживания и размораживания. В этой связи очень существенна проблема замены поврежденной клеточной оболочки на клеточную оболочку зиготы от другого, но близкого вида. В ряде случаев очень важна возможность пересадки отдельных хромосом, например при необходимости переопределения пола. Подобные же проблемы встают при решении задачи о роли материнской цитоплазмы для развивающихся организмов. Здесь интересны разработки методических приемов по замене цитоплазмы в целом и ее отдельных элементов. Особенно интересны указанные задачи в связи с реализацией генетической информации криоконсервированных геномов при межвидовых трансплантациях ядер. Также важны задачи по получению межлинейных и межвидовых химер путем замены одного ядра в одной из клеток на стадии двух бластомеров. Получение подобных химер может содействовать преодолению при межвидовой трансплантации эмбрионов несовместимости реципиента и донора.
Реконструкция клеток и биотехнологические задачи. В первую очередь имеются в виду такие комбинации частей реконструированной клетки, когда можно будет получать клетки-продуценты, способные к активному синтезу тех или иных ценных биотехнологических препаратов. Для решения различных задач физиологии клетки очень важно получение химер на клеточном уровне, когда искусственно создаются клетки с таким сочетанием свойств, которое не встречается в естественных условиях. Например, сочетание очень больших размеров клетки, что создает хорошие условия для физиологического анализа, с синтезом мембранных рецепторов, ионных каналов и т.д., наличие которых характерно лишь для мелких клеток, труднодоступных для физиологического анализа. Кроме того, уже описанные возможности при использовании реконструированных клеток, в частности зигот животных, или камбиальных клеток растений, позволяет подойти к клонированию ценных для сельского хозяйства особей.