Лечение стволовыми клетками // Взрослые стволовые клетки
ВЗРОСЛЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Что такое взрослые стволовые клетки?
Взрослая стволовая клетка - это недифференцированная клетка, которая находится среди дифференцированных клеток в тканях или органах, которые обладают способность самообновляться и могут дифференцировать для воспроизводства определенных специализированных типов клеток в тканях или органах. Основная роль взрослых стволовых клеток в живых организмах - поддержание и восстановление тканей, которых они находятся. Ученые также используют термин соматическая стволовая клетка вместо «взрослая стволовая клетка», при этом соматическая означает незародышевую клетку. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, которые возникают в эмбрионе (а именно, эмбриона на стадии преимплантации), исходные взрослые стволовые клетки в некоторых зрелых тканях пока что находятся в фазе исследования.
Исследования взрослых стволовых клеток дало толчок ко многим разработкам. Ученые обнаружили взрослые стволовые клетки во многих тканях, даже там, где считалось, их нет. Эти данные привели к тому, что ученые задумались, а нельзя ли взрослые стволовые клетки использовать для трансплантации? Фактически, взрослые гематопоэтические (формирующие клетки крови) стволовые клетки из костного мозга используются для трансплантации уже 40 лет. В настоящее время ученые обладают доказательствами, что стволовые клетки существуют в головном мозге и сердечной мышце. Если дифференцировку взрослых стволовых клеток можно контролировать в лаборатории, эти клетки могут стать основной для трансплантационной терапии.
История исследования взрослых стволовых клеток берет свое начало 50 лет назад. В 1950-х годах исследователи обнаружили, что костный мозг содержит, по меньшей мере, два вида стволовых клеток. Одна популяция - гематопоэтические стволовые клетки, участвует в формировании всех типов клеток крови в организме. Вторая популяция - стромальные стволовые клетки костного мозга (мезенхимальные стволовые клетки, или скелетные стволовые клетки), были обнаружены несколько лет позже. Эти негематопоэтические стволовые клетки составляют малую часть популяции стромальных клеток в костном мозге и могу участвовать в формировании костной ткани, жира, клеток, участвующих в формировании крови и фиброзной соединительной ткани.
В 1960-х годах исследователи, которые проводили опыты на крысах, обнаружили две области головного мозга, в которых имелись делящиеся клетки, превращающиеся в конечном счете в нервные клетки. Несмотря на эти данные большинство ученых считало, что в мозге взрослого не могли возникать новые нервные клетки. Так считали вплоть до 1990-х голов, когда ученые наконец выяснили, что в мозге взрослого имеются стволовые клетки, которые способны воссоздавать три типа клеток мозга - астроциты и олигодендроциты, которые не являются нейрональными клетками, и нейроны - непосредственно нервные клетки.
Где находятся взрослые стволовые клетки и какова их роль?
Взрослые стволовые клетки обнаружены во многих органах и тканях, включая головной мозг, костный мозг, периферическую кровь, кровеносные сосуды, скелетные мышцы, кожу, зубы, сердце, кишечник, печень, яичники, эпителий и яички. Считаются, что они находятся в специфической области каждой икании (т.н. «ниша стволовых клеток»). В настоящее время считается, что во многих тканях некоторые типы стволовых клеток являются перицитами, клетки, которые составляют самый наружный слой кровеносных сосудов. Стволовые клетки могут оставаться в состоянии покоя, то есть не делиться в течение длительного времени, пока не возникнет необходимость в новых клетках для поддержания целостности тканей и органов в результате старения, болезни или травмы.
Обычно, количество стволовых клеток в каждой ткани очень мало, и при изоляции из организма, их способность к делению ограничена, что затрудняет получение большого количества стволовых клеток. Ученые во многих лабораториях пытаются найти лучшие способы выращивания большого количества взрослых стволовых клеток в клеточной культуре и получения специфичных типов клеток, чтобы применять их в лечении заболеваний или при травмах. Некоторые примеры использования взрослых стволовых клеток - регенерация костной ткани с помощью клеток, полученных из стромы костного мозга, воссоздание клеток, синтезирующих инсулин у диабетиков и восстановление поврежденной при инфаркте миокарда сердечной ткани.
Какие исследования используются для идентификации взрослых стволовых клеток?
Ученые часто используют несколько методов для идентификации взрослых стволовых клеток:
- маркирование клеток в живых тканях молекулярными маркерами и последующее определение специализированных типов клеток, которые они воспроизводят;
- изоляция клетки из организма, маркирование их в клеточной культуре и трансплантация их обратно животному для определения замены клеток («репопуляции») в исходных тканях.
Важно отметить, что нужно продемонстрировать, что одиночная взрослая стволовая клетка может генерировать линию генетически идентичных клеток, которые затем дают начало всем соответствующим дифференцированным клеткам ткани. Для экспериментального подтверждения того, что предполагаемая взрослая стволовая клетка на самом деле стволовая клетка, ученые стараются показать, что либо может дать начало этим генетически идентичным клеткам в культуре, либо что очищенная популяция этих кандидатов в стволовые клетки может воссоздавать ткани после трансплантации животным.
Что известно дифференцировке взрослой стволовой клетки?
Как указано выше, ученые сообщили, что взрослые стволовые клетки возникают во многих тканях и участвуют в процессе нормальной дифференцировки для формирования специализированных клеток.
Нормальная дифференцировка взрослых стволовых клеток. У живых животных взрослые стволовые клетки способны делиться при необходимости и могут давать начало многим типам зрелых клеток, с определенной формой и специализированной структурой и функциями определенных тканей. Представим несколько примеров процесса дифференцировки взрослых стволовых клеток, которые могут быть как in vitro, так и in vivo.
- Гематопоэтические стволовые клетки дают начало всем типам клеток крови: эритроцитам, В лимфоцитам, Т лимфоцитам, натуальным клеткам-киллерам, нейтрофилам, базофилам, эозинофилам, моноцитам и макрофагам.
- Мезенхимальные стволовые клетки дают начало разным типам клеток: клеткам костной ткани (остеоциты), хрящевой ткани (хондроциты), жировым клеткам (адипоциты) и другим типам клеток соединительной ткани, например, в сухожилиях.
- Нервные стволовые клетки в головном мозге дают начало трем типам клеток: нервным клеткам (нейроны) и двум типам ненейрональных клеток - астроцитам и олигоденроцитам.
- Эпителиальные стволовые клетки в слизистой пищеварительного тракта образуются глубоко в криптах и дают начало клеткам нескольких типов: абсорбтивным клеткам, патентным клеткам и энтероэндокринным клеткам.
- Кожные стволовые клетки возникают в базальном слое эпидермиса и в основании волосяных фолликулов. Эпидермальные стволовые клетки дают начало кератиноцитам, которые мигрируют на поверхность кожи и формируют защитный слой. Фоллиукулярные стволовые клетки могут давать начало как волосяным фолликулам, так и эпидермису.
Трансдифференцировка. В некоторых экспериментах было отмечено, что определенные типы взрослых стволовых клеток могут дифференцировать в клетки, которые бывают в органах и тканях иного происхождения, чем сами стволовые клетки (например, стволовые клетки головного мозга которые дифференцируют в клетки крови или стволовые клетки костного мозга дифференцируют в клетки сердечной мышцы). Этот феномен называется трансдифференцировка.
Хотя отдельные примеры трансдифференцировки отмечаются у некоторых позвоночных, наличие этого феномена у человека пока под вопросом. Вместо трансдифференцировки может отмечаться срастание донорской клетки с клеткой реципиентом. Другой пример - трансплантированные стволовые клетки секретируют факторы, которые стимулируют стволовые клетки реципиента включиться в процесс репарации. Даже когда наблюдается дифференцировка, только малый процент клеток участвует в этом процессе.
В разных случаях трансдифференцировки, ученые продемонстрировали, что некоторые типы взрослых клеток можно перепрограммировать vivo с помощью контролируемого процесса генной модификации. Этот метод позволяет перепрограммировать имеющиеся клетки в клетки других типов, которые повреждены или утрачены. Например, в недавнем эксперименте было показано, как бета-клетки поджелудочной железы, которые синтезируют инсулин, утраченные при сахарном диабете, могут быть воссозданы из других клеток этой железы путем перепрограммирования. С помощью «рестарта» экспрессии трех генов в бета-клетках в дифференцированных взрослых экзокринных клетках поджелудочной железы, исследователи смогли создать клетки, схожие с бета-клетками, которые могли синтезировать инсулин. Перепрограммированные клетки были похожи на бета-клетки по внешнему виду, размеру и форме; экспрессируемые гены были такие же, как в бета-клетке; они были способны частично регулировать уровень сахара в крови у мышей, чьи собственные бета-клетки были химически разрушены.
Кроме перепрограммирования клеток для превращения их в специфические клетки, в настоящее время возможно для перепрограммировать взрослые соматические клетки в эмбриональные стволовые клетки (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, ИПСК) путем введения в них эмбриональных генов. Таким образом, может быть получен источник клеток, которые специфичны для донора, что повышает шанс совместимости, если такие клетки использовались для регенерации тканей.
Каковы ключевые вопросы касательно взрослых стволовых клеток?
Многие важные вопросы касаемо взрослых стволовых клеток остаются без ответов. Среди них:
- Сколько типов взрослых стволовых клеток существует, и в каких тканях они существую?
- Как взрослые стволовые клетки развиваются и как они существуют во «взрослом» виде? Являются ли они «остатками» эмбриональных стволовых клеток, или они появляться другим путем?
- Почему стволовые клетки остаются в недифференцированном состоянии, когда все остальные окружающие клетки дифференцированные? Каковы их роль?
- Могут ли взрослые стволовые клетки трансформироваться и возможно ли контролировать это процесс для улучшения его надежности и эффективности?
- Является ли эффект трансплантации взрослой стволовой клетки трофическим, и каков его механизм. Требуется ли контакт с донорской клетки с реципиентом, секреция факторов или оба эти механизма?
- Какие факторы контролируют пролиферацию и дифференцировку взрослых стволовых клеток?
- Какие факторы стимулируют стволовые клетки мигрировать в место травмы или патологического процесса, и как этот процесс можно улучшить?
(495) 545·17·30 - информация по лечению стволовыми клетками
