Что такое стволовые клетки

Один из разделов регенеративной клеточной медицины, сулящий людям излечение от многих тяжелых болезней - это изучение так называемых стволовых клеток (СК). Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма.

Миллиарды клеток растущего организма (человека или животного) происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской и женской гамет. Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему ее последовательного развития. В ходе эмбриогенеза оплодотворенная яйцеклетка делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), геном которых находится в «нулевой точке»; механизмы, определяющие специализацию, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки.

Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге и, в очень небольших количествах, во всех органах и тканях.

Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей. Стволовые клетки , получив от регулирующих систем сигналы о какой-либо "неполадке", по кровяному руслу устремляются к пораженному органу. Они могут восстановить практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки(костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные) и стимулируя внутренние резервы организма к регенерации (восстановлению) органа или ткани.

Высокодифференцированные клетки (кардиомиоциты, нейроны) практически не делятся, в то время как менее дифференцированные клетки - фибробласты, гепатоциты частично сохраняют способность к размножению и при определенных условиях делятся и увеличивают свое число. Общей закономерностью является то, что если клетка вышла на этап дифференцировки, то количество делений, которое она может пройти, ограничено. Так, например, для фибробласта лимит делений составляет 50 делений, для стволовой клетки крови — 100. Описанное явление имеет большое биологическое значение: в случае, если произошла поломка в геноме клетки, мутация будет растиражирована в ограниченном количестве и не сыграет большой роли для организма в целом.

Запас стволовых клеток взрослого организма очень невелик. Поэтому случается так, что обновить утраченные клетки организм самостоятельно уже не в состоянии: или очаг поражения слишком велик, или организм ослаблен, или возраст уже не тот. Можно ли помочь больному излечиться от цирроза, инсульта, паралича, диабета, ряда заболеваний нервной системы? Уже сегодня ученые умеют направлять стволовые клетки "по нужному пути". Достижения в этой области клеточной медицины делают возможности терапевтического использования стволовых клеток практически безграничными.

О стволовых клетках

Известно, что каждый человек произошел от папы и мамы, вернее, от соединения маминой яйцеклетки и папиного сперматозоида в процессе приятного времяпрепровождения. То есть происхождение всего того, что у нас есть — кожа, мышцы, волосяной покров, внутренние органы, мы обязаны двум клеткам, объединившимся в одну — зиготу.

В ходе эмбриогенеза зигота делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки. Геном этих недифференцированных клеток находится в «нулевой точке», механизмы, определяющие специализацию еще не включены. Это клетки — анонимы, клетки «без имени и отчества». Из них развиваются любые высокодифференцированные клетки организма (кардиомиоциты, нейроны и прочее).

После распределения между собой обязанностей, высокодифференцированные клетки закрываются для дальнейшего редактирования и могут быть доступны только для «чтения», причем каждая — в определенном формате: нервная клетка — это только нервная клетка, неспособная участвовать в создании эпителиальной ткани или входить в состав миокарда и т. п. Для клеток взрослого организма характерна кастовость: каждая группа выполняет свою работу и не мешает деятельности клеток другой группы. В то же время некоторым стволовым клеткам удается всё же ускользнуть от определенности и остаться доступными для дальнейшего редактирования только в случае крайней необходимости. В зависимости от нужд и стремлений они могут превратиться в любую высокодифференцированную клетку организма, то есть стволовые клетки — это универсальный строительный материал, из которого произрастает всё, «что угодно»: от нейронов головного мозга и кровяных телец до клеток тканей, выстилающих кишечник, и других внутренних органов.

Пока человеческому организму хорошо, стволовые клетки свободно и независимо «блуждают» по его просторам, бесконечно дуплицируясь под действием определенного гена. Они безработные. И как только стволовые клетки получают генетический сигнал на «бирже труда» (неполадка, повреждение ткани или органа), они по кровяному руслу устремляются к пораженному органу. Они могут найти практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки (костные, гладкомышечные, печеночные, нервные и т. д.).

Человеческий организм содержит примерно 50 миллиардов стволовых клеток, которые регулярно обновляются. С годами количество таких живых «кирпичиков» сокращается — для них находится всё больше работы, а заменить их некому. Угасать они начинают уже к 20 годам, а в 70 лет их остается совсем чуть-чуть. Более того, стволовые клетки немолодого индивидуума уже не так универсальны — в клетки крови они превратиться еще могут, а в нервные — уже не в силах. В связи с этим, к старости человек начинает напоминать высушенный плод.

Заменить ленивые, ветхие или больные клетки организма, чтобы продолжить активную жизнь, помогает искусственное внесение стволовых клеток в организм. Уже сегодня ученые могут получать стволовые клетки, культивировать и направлять их по «нужному пути». Достижения в области клеточной медицины делают возможности терапевтического использования стволовых клеток практически безграничными. Появилась реальная надежда на излечение огромного количества самых разнообразных заболеваний.

Какие же источники стволовых клеток используются в этих целях сегодня? «Спасение утопающих — дело рук самих утопающих», поэтому человек может стать донором стволовых клеток для себя самого. Наибольшее их количество находиться в костном мозге таза. Стромальные стволовые клетки извлекаются оттуда при помощи пункции. Затем, в лабораторных условиях особым образом их мобилизируют, наращивают и вводят обратно в организм, где при участии специальных сигнальных веществ, они направляются к «больному месту». Следует отметить, что даже из одной единственной стромальной клетки можно вырастить колонии. И уж совсем невероятная метаморфоза — стромальные стволовые клетки могут настолько «забыть» о своем костном мозговом происхождении, что под влиянием определенных факторов превращаются в нервные клетки (нейроны) или клетки сердечной мышцы.

Показано, что через 2 недели после добавления специального сигнального вещества в культуру стромальных клеток, они уже на 80 % состоят из нейронов. 90 % стромальных клеток, введенных в зону инфаркта, полностью перерождаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая функции миокарда практически полностью. Однако стромальные клетки взрослого организма обладают ограниченной функциональностью, то есть их возможная тканевая специализация в той или иной степени лимитирована. Помимо этого все стволовые клетки взрослого человека каталогизированы и снабжены специальным штампиком: «моё». Так что донорство в этой области чревато возникновением противостояния, называемого «трансплантат — против хозяина».

Вторым источником стволовых клеток является пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь из пуповины ребенка и поместив в криобанк (специальное хранилище), стволовые клетки в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любой ткани и органа этого индивидуума. Возможно также использовать эти стволовые клетки для лечения других пациентов при условии их совместимости по антигенам. Американские ученые получили стволовые клетки из человеческой плаценты (там, их количество в 10 раз больше, чем в пуповинной крови), которые способны преобразовываться в кожные, кровяные, мышечные и нервные клетки. Однако, создание хранилища для пуповинной крови и плацентарного материала — занятие дорогостоящее. В России таких криобанков практически нет.

Источником другого вида стволовых клеток — фетальных стволовых клеток, является абортивный материал 9—12 недели беременности. Этот источник на сегодняшний день используется наиболее часто. Но, помимо этических и юридических трений, фетальные клетки иногда могут вызвать отторжение трансплантата. Кроме того, использование непроверенного абортивного материала чревато заражением пациента вирусным гепатитом, СПИДом, цитомегаловирусом и т. д. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что, в конечном итоге, приводит к росту стоимости самого лечения.

Источником стволовых клеток может быть слизистая оболочка носоглотки. В ней преобладают частично специализировавшиеся стволовые клетки, способные превращаться в клетки нервной ткани — нейроны и клетки глии. Эти клетки пригодны для лечения заболеваний головного и спинного мозга. Однако, применяемость этих клеток для замены иных, чем нервные, требует дальнейших исследований. Помимо этого, выделение и хранение данного материала достаточно трудоемки.

Мезенхимальные стволовые клетки содержатся в жировой, хрящевой, мышечной тканях. В настоящее время весьма перспективным является выделение этих клеток из жировой ткани, полученной при липосакции.

И, наконец, еще одним источником стволовых клеток является бластоциста, которая формируется к 5—6 дню оплодотворения. Это эмбриональные стволовые клетки. Они наиболее универсальны, по сравнению со стволовыми клетками взрослых людей, и способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток организма. Положительной стороной использования этих универсальных стволовых клеток следует считать тот факт, что в них отсутствует штампик «моё»: клетки как бы никому не принадлежат и не выполняют никаких специальных функций, а потому при введении не возникает реакция отторжения. Даже, если эмбриональные стволовые клетки взяты от другого организма, они не отторгаются, поскольку на их поверхности еще нет антигенов гистосовместимости.

Эмбриональная стволовая клетка мягкая и податливая, как пластилин, и, в отличие от стволовых клеток взрослого человека, способна превращаться во «что угодно» без каких либо ограничений. Помимо этого у эмбриональной стволовой клетки есть уникальная система самоконтроля: она активно размножается, но как только произошла ошибка при делении, клетке дается команда на самоубийство. Так что угроза возникновения рака при использовании эмбриональных стволовых клеток маловероятна. Однако, у данного источника стволовых клеток есть свои недостатки: во-первых, в России отсутствует коллекция стволовых клеток человека, во-вторых, использование эмбрионального материала негативно воспринимается религиозными и консервативными гражданами, потому что источником таких клеток являются медицинские аборты.

Противники эмбриональной клеточной терапии считают неэтичным использование абортированных зародышей, называя ее посягательством на человеческую жизнь, пусть даже это несформировавшаяся жизнь спасет кого-нибудь от неминуемой смерти. Оппоненты метода полагают, что использование человеческих эмбрионов для получения стволовых клеток способно подтолкнуть женщин к своего рода бизнесу — прерыванию беременности ради получения денег в обмен на эмбрион, тем более, что трансплантация стволовых клеток считается сейчас одной из перспективнейших в медицинской отрасли.

Вышесказанное подтолкнуло ученых взяться за изучение стволовых клеток, полученных от 3-х недельного эмбриона черной овцы. Специалисты клиники «Medileen» опубликовали исследования, подтверждающие их плюрипотентность, т. е. способность образовывать клетки многих, но не всех типов. Стволовые клетки, выделенные из эмбриона черной овцы, при определенных условиях культивирования способны дифференцироваться сначала в нейральные клетки, а затем в астроциты. При трансплантации свежевыделенных клеток овцы больным с печеночной недостаточностью показано, что донорские клетки активно приживаются и дифференцируется в гепатоциты. Уровень репопуляции реципиентной печени при этом составил 81 %. Активное функционирование этих клеток в данном случае отмечалось более года с устойчивым уровнем синтеза альбумина. Концентрация стволовых клеток в органах-мишенях составляет при этом 60—87 %. Подобные исследования опровергают мнение ряда отечественных ученых о невозможности приживления данных эмбриональных стволовых клеток человеку.

Следует подчеркнуть, что упомянутые стволовые клетки получают от «чистой линии» животных: многие поколения данного вида выращены в лабораторных условиях, прошли серьезный контроль на отсутствие у них бактерио- и вирусоносительства, иммунных и наследственных болезней. Эти стволовые клетки лишены видоспецифичности (видовых антигенов) и не вызывают реакции иммунного отторжения. Качество трансплантата при использовании эмбриональных стволовых клеток овцы повышено за счет того, что они обогащены «сигнальными агентами» (так называемым фактором направления). В результате этого стволовые клетки способны связываться только с определенным видом поврежденных тканей, восстанавливая их функцию при повреждениях. Все вышеперечисленное позволяет говорить о еще одном перспективном направлении клеточной терапии в лечении тяжелых дегенеративных заболеваний.