3. 1.Общая характеристика стволовых клеток
В последние несколько лет внимание исследователей обоснованно приковано к области биологии стволовой клетки (СК). Прогрессивное развитие эмбриологии, гематологии, нейробиологии и биологии скелетных тканей обязано многочисленным экспериментальным исследованиям по изолированию и характеристике СК. К тому же, завершение расшифровки человеческого генома дало дальнейший стимул к изучению зависимости генной экспрессии в СК от двойственности ее статуса: самообновления и дифференциации.[1],[2],[5]
Технология стволовых клеток - это своеобразный ящик Пандоры, который скрывает многие тайны жизни, - но какова цена таких открытий? В научном аспекте применение этой технологии кажется безграничным, но этические соображения и нормы уже сейчас ставят барьеры на пути ее развития. Отношение научного сообщества к замене или регенерации вышедших из строя органов с использованием стволовых клеток весьма неоднозначно: одни связывают с новым направлением большие надежды, другие относятся к нему с подозрением. Прежде чем методы терапии, основанные на применении стволовых клеток, войдут в медицинскую практику, придется преодолеть множество преград, как научных, так и общественно-этических. В научный обиход термин «стволовая клетка» был введён русским гистологом А. Максимовым в 1908 году на съезде гематологического общества в Берлине, где он постулировал существование стволовой кроветворной клетки.[2]
Стволовые клетки — это иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка), т.е. стволовыми называют клетки, не имеющие специализации и способные делиться и развиться в любой вид ткани. Это значит, что в организме взрослого человека существуют клетки, прошедшие все положенные этапы эмбрионального развития, но сохранившие способность при определенных условиях превращаться практически во все виды взрослых тканей. К примеру, в клетки нервной ткани - нейроны, ткань печени, поджелудочной железы и так далее. Сейчас уже стало ясно и практически доказано, что такие клетки - это универсальные «запасные» части, которые используются организмом для восстановления или «починки» разных тканей. «Центральным складом» этих клеток является костный мозг.[2]
Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления. Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят несколько стадий. В результате, в организме имеется ряд популяций стволовых клеток различной степени зрелости. В нормальном состоянии, чем более зрелой является клетка, тем меньше вероятность того, что она сможет превратиться в клетку другого типа. Но всё же это возможно благодаря феномену трансдифференцировки клеток. ДНК во всех клетках одного организма (кроме половых), в том числе и стволовых, одинакова. Клетки различных органов и тканей, например, клетки кости и нервные клетки, различаются только тем, какие гены у них включены, а какие выключены, то есть регулированием экспрессии генов, например, при помощи метилирования ДНК.[2]
Выделяют два типа стволовых клеток. Первые - эмбриональные стволовые клетки, из которых состоит эмбрион. Другие называются взрослыми или соматическими стволовыми клетками - их происхождение в настоящий момент достоверно не известно. Можно только сделать предположение, что это остатки эмбриональных стволовых клеток, по какой-то причине оставшихся в тканях недифференцированными. Стволовые клетки определяются следующими основными характеристиками. [2]
Во - первых, это неспециализированные клетки. Во - вторых, стволовые клетки способны делиться в течение долгого времени, причем в результате каждого деления образуются две идентичные клетки. [2]
Третье важное свойство стволовых клеток - то, что они способны к дифференциации в специфические типы клеток. Стволовые клетки можно найти в любой животной ткани, а, поскольку эмбрионы состоят из стволовых клеток, которые при делении и дифференциации превращаются в специализированные клетки и ткани, все мы, в конечном счете, состоим из стволовых клеток. Клетки однодневного эмбриона способны дифференцироваться в любой из около 220 типов клеток, образующих человеческое тело.[2]
3.2. Классификация стволовых клеток
1) Тотипотентные клетки способны формировать все эмбриональные и экстра-эмбриональные типы клеток. К ним относятся только оплодотворённый ооцит и бластомеры 2 – 8 клеточной стадии. [1],[2]
2) Плюрипотентные клетки способны формировать все типы клеток эмбриона. К ним относятся эмбриональные стволовые клетки, первичные половые клетки и клетки эмбриональных карцином. [1],[2]
3) Другие типы стволовых клеток локализуются в сформировавшихся тканях взрослого организма. Они варьируют по способности к дифференцировке от мульти - до унипотентных. [2] Так же выделяют классификацию стволовых клеток по источнику их выделения:
1) Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) - внутриклеточная масса раннего эмбриона (на этапе бластоцисты 4-7 день развития). Являются «идеальными» стволовыми клетками, из которых в дальнейшем развивается весь организм. Все специализированные клетки организма по мере формирования эмбриона развиваются из неспециализированных эмбриональных стволовых клеток. [2],[5]
2) Фетальные стволовые клетки – клетки зародыша на 9-12 неделе развития, выделенные из абортивного материала. [2],[5]
3) Стволовые клетки взрослого организма:
- Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) - мультипотентные- стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови. [2],[5]
- Мезенхимные стволовые клетки - мультипотентные региональные- стволовые клетки, содержащиеся во всех мезенхимальных тканях (главным образом в костном мозге), способные к дифференцировке в различные типы мезенхимальных тканей, а так же в клетки других зародышевых слоёв. [2],[5]
- Стромальные стволовые клетки - мультипотентные стволовые- клетки взрослого организма, образующие строму костного мозга (поддерживающую гемопоэз), имеющие мезенхимальное происхождение из абортивного материала. [2],[5]
- Тканеспецифичные стволовые клетки - располагаются в различных видах тканей и в первую очередь, отвечают за обновление их клеточной популяции, первыми активируются при повреждении. Обладают более низким потенциалом, чем стромальные клетки костного мозга. [2],[5]
- Нейрональные стволовые клетки в головном мозге - дают начало трем основным типам клеток: нервным клеткам (нейронам) и двум группам не нейрональных клеток - астроцитам и олигодендроцитам. [2],[5]
Стволовые клетки кожи - размещенные в базальных пластах- эпидермиса и возле основы волосяных фолликулов, могут давать начало кератоцитам, которые мигрируют на поверхность кожи и формируют защитный слой кожи. [2],[5]
Стволовые клетки скелетной мускулатуры - выделяют из поперечно- полосатой мускулатуры, они способны к дифференцировке в клетки нервной, хрящевой, жировой и костной тканей, поперечно-полосатой мускулатуры. Однако последние исследования показывают, что клетки скелетной мускулатуры, это не что иное, как мезенхимные стволовые клетки, локализованные в мышечной ткани.[1], [2],[5] Стволовые клетки миокарда - способны дифференцироваться в- кардиомиоциты и эндотелий сосудов. [2],[5] Стволовые клетки жировой ткани - обнаружены в 2001 году,- проведенные с тех пор дополнительные исследования показали, что эти клетки могут превращаться и в другие типы тканей, из них можно выращивать клетки нервов, мышц, костей, кровеносных сосудов, или, по крайней мере, клетки, имеющие свойства вышеперечисленных. [2],[5]
Стромальные клетки спинного мозга (мезенхимальные стволовые- клетки) дают начало разным типам клеток: костным клеткам (остеоцитам), хрящевым клеткам (хондроцитам), жировым клеткам (адипоцитам), а также другим типам клеток соединительной ткани. [2],[5]
Эпителиальные стволовые клетки пищеварительного тракта- расположены в глубоких складках оболочек кишечника и могут давать начало разным типам клеток пищеварительного тракта. [2],[5]
В настоящее время разработано множество методик применения стволовых клеток для лечения самых различных заболеваний. Например, заболевания центральной и периферической нервной системы: острые (инсульт) и преходящие нарушения мозгового кровообращения; травмы головного и спинного мозга и их последствия; рассеянный склероз; постгипоксическая энцефалопатия; болезнь Паркинсона; болезнь Альцгеймера; амиотрофический латеральный склероз; периферические нейропатии различного генеза; вегетососудистая и нейроциркуляторная дистонии; невралгии; ишиас; нарушения сна; "cиндром хронической усталости"; реабилитация после инсультов и черепно-мозговых травм. [2],[5],[6]