Стволовые клетки, обладающие способностью к трансформации, кажутся прекрасным лекарством от многих болезней. Узнайте, что такое стволовые клетки, для лечения каких заболеваний в настоящее время используются стволовые клетки и каковы перспективы развития терапии стволовыми клетками? Откуда скептицизм специалистов?
Стволовые клетки обладают способностью трансформироваться в другие типы клеток. Терапия стволовыми клетками, безусловно, одна из самых ярких и многообещающих концепций современной медицины. Казалось бы, список их медицинских применений должен быть бесконечным - восстановление поврежденных тканей, выращивание замещающих органов ...
Но факты разные. Хотя истоки исследований стволовых клеток относятся к 1960-м годам, до сих пор их использование ограничено несколькими четко определенными показаниями.
Существует множество идей использования стволовых клеток, однако внедрение их в клиническую практику ограничивается рядом факторов, среди которых на первый план выходит вопрос безопасности этого вида терапии.
Что такое стволовые клетки?
Стволовые клетки необходимы для формирования человеческого тела. На самых ранних стадиях развития человеческий эмбрион полностью состоит из стволовых клеток. Со временем они претерпевают изменения, давая начало всем клеточным линиям, из которых состоит человеческое тело.
Вторая важная роль стволовых клеток - колонизировать некоторые ткани зрелого организма и действовать как «склад». При необходимости они способны трансформироваться в клетки данной ткани, которые погибают или повреждаются. Однако это возможно только с определенными тканями.
Таким образом, стволовые клетки - это те клетки, которые обладают способностью трансформироваться в другие, более специализированные типы клеток.
Самая важная особенность стволовых клеток, которая отличает их от других клеток, - это то, как они делятся.
Во время деления стволовая клетка может дифференцироваться, то есть создавать дочернюю клетку определенного типа (например, мышечную, нервную или эпителиальную клетку).
Существуют разные типы стволовых клеток в зависимости от их природы: некоторые могут трансформироваться в любые дочерние клетки, а другие способны производить только клетки, составляющие определенный тип ткани (подробнее об этом ниже).
Вторая важная особенность стволовых клеток также связана с их делением. При образовании дочерней клетки родительская клетка не исчезает бесследно. В процессе деления образуется еще одна стволовая клетка, идентичная «материнской клетке».
Таким образом, результатом деления стволовых клеток является одна стволовая клетка и одна специализированная дочерняя клетка.
Этот механизм называется самообновлением. Благодаря этому стволовые клетки не «изнашиваются» и не позволяют уменьшаться в размерах своего пула.
Типы стволовых клеток
Как уже упоминалось, при делении стволовые клетки могут трансформироваться в клетки других типов. Может ли стволовая клетка стать дочерней клеткой? Ну нет.
Стволовые клетки делятся на четыре подгруппы, в зависимости от того, насколько широкий спектр клеток может возникнуть в результате их деления.
Стволовые клетки, из которых строится человеческий эмбрион, могут давать начало всем видам клеточных линий. В свою очередь, некоторые стволовые клетки, обитающие в тканях взрослого человека, могут трансформироваться только в строго определенный тип клеток, которые создают данную ткань.
Деление стволовых клеток за счет возможности создания разнообразных дочерних клеток выглядит следующим образом:
- тотипотентные стволовые клетки
Это клетки с самым широким потенциалом дифференцировки, которые могут трансформироваться в любые дочерние клетки. Тотипотентные клетки образуют зиготу (клетку, образовавшуюся в результате оплодотворения яйцеклетки спермой), а также эмбрион на самых ранних стадиях его развития. Все виды клеток, из которых состоит человеческое тело, могут быть созданы из тотипотентных клеток.
- плюрипотентные стволовые клетки
Плюрипотентные клетки также могут трансформироваться во многие типы клеток. Однако плацентарные клетки - исключение. Плюрипотентные клетки образуют так называемые эмбриональный узел - одна из структур, образующихся на первой неделе развития эмбриона.
Читайте также: Развитие плода: как развивается плод неделя за неделей
Плюрипотентные клетки эмбрионального узла дают начало трем так называемым зародышевые листки, из которых впоследствии развиваются все ткани нашего организма. Хотя названия зародышевых листков звучат несколько сложно (эктодерма, мезодерма и энтодерма), ткани, образованные из них, известны каждому.
Эктодерма производит кожу и нервную систему, мезодерма формирует кровеносную и опорно-двигательный аппарат системы, и энтодерма формирует дыхательную систему и большую часть пищеварительной системы.
- мультипотентные стволовые клетки
Мультипотентные клетки - это группа стволовых клеток с немного более узким потенциалом дифференцировки. Хотя они все еще могут производить несколько типов клеток, обычно это клетки одного типа. Флагманским примером клеток этой подгруппы являются мультипотентные клетки костного мозга, также известные как гемопоэтические стволовые клетки. Они могут трансформироваться в любые клетки крови, такие как красные кровяные тельца или различные типы лейкоцитов. Однако они не могут производить клетки, которые строят другие ткани.
- унипотентные стволовые клетки
Этот тип клетки может стать дочерью только одного типа. Обычно унипотентные клетки действуют как резервуар для обновления и восстановления взрослых тканей. Примером унипотентных клеток являются эпидермальные стволовые клетки, обнаруженные в коже человека.
Где можно получить стволовые клетки
Получение стволовых клеток в принципе возможно двумя способами.
Первым их источником является человеческий эмбрион, из которого выделяются так называемые эмбриональные стволовые клетки. Это клетки тотипотентной или плюрипотентной природы, поэтому они способны дифференцироваться во все типы тканей.
Второй тип стволовых клеток называется соматические стволовые клетки (или «взрослые» стволовые клетки). Этот тип клеток происходит, как следует из названия, из тела взрослого человека.
В нормальных условиях это клетки, населяющие различные органы.
- костный мозг
- мышцы
- печень
- кожа
- кровеносный сосуд
В этих органах стволовые клетки действуют как резервуар, способствуя регенерации поврежденных тканей.
Нетрудно догадаться, что соматические стволовые клетки имеют более ограниченный потенциал дифференцировки, чем у эмбриональных стволовых клеток. Клетки, которые происходят от взрослого организма, являются мультипотентными или унипотентными, то есть они могут трансформироваться в клетки аналогичного типа или даже в дочерние клетки только одного типа.
Обнаружение и получение соматических стволовых клеток в организме взрослого человека является сложной задачей. Количество таких клеток в тканях очень мало.
После сбора их очень сложно выращивать в лабораторных условиях, поэтому трудно получить большие количества.
Пока что взрослые стволовые клетки получают только из нескольких источников. Для гемопоэтических стволовых клеток это:
- костный мозг
- периферическая кровь
- пуповинная кровь
В свою очередь, из жировой ткани и костного мозга можно получить так называемый мезенхимальные стволовые клетки. Они могут развиваться в разные типы тканей:
- кость
- хрящевой
- мышца
- жирный
Методы лечения с использованием мезенхимальных стволовых клеток все еще находятся на стадии исследований - их безопасность и эффективность пока не подтверждены.
Стоит упомянуть еще об одном типе стволовых клеток, который является своеобразным гибридом двух вышеперечисленных. Это называется индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.
Это стволовые клетки, полученные из взрослого организма, которые были перепрограммированы в лаборатории, чтобы придать им характеристики половых клеток.
Текущее использование стволовых клеток
Поскольку мы уже знаем типы и возможности дифференцировки стволовых клеток, остается вопрос - какие из них и как используются в медицине?
- эмбриональные стволовые клетки
Эмбриональные стволовые клетки не одобрены для лечения любого типа. Зачем? Вот несколько причин.
Во-первых, их использование связано с этическими дилеммами. Эмбриональные стволовые клетки получают из эмбрионов, предназначенных для исследовательских целей, чаще всего создаваемых во время процедур экстракорпорального оплодотворения. Этические вопросы являются одним из факторов, ограничивающих прогресс исследований стволовых клеток, полученных таким образом.
Второе препятствие к использованию половых клеток чисто научное. Это клетки с большим потенциалом дифференцировки, которые могут трансформироваться в любые дочерние клетки. Пока не найдено никакого способа контролировать их поведение.
Эмбриональные стволовые клетки после имплантации в организм человека образуют опухоли, состоящие из различных, беспорядочно расположенных клеток. Эти виды опухолей называются тератомами (лат. Тератома). Мы постоянно ищем способы направить половые клетки таким образом, чтобы они трансформировались в желаемую ткань.
Использование эмбриональных стволовых клеток также связано с риском отторжения - они представляют собой инородный материал (аналогично трансплантату органа от неродственного донора).
Риск намного ниже при использовании взрослых стволовых клеток, которые были переданы и получены одним и тем же пациентом. Мы называем эту процедуру аутотрансплантацией.
- взрослые стволовые клетки
Хотя использование взрослых стволовых клеток также связано со многими ограничениями, до сих пор в медицине применялся только этот тип стволовых клеток. Получение взрослых стволовых клеток не требует культивирования эмбрионов, поэтому возникает гораздо меньше моральных дилемм. Взрослые стволовые клетки используются в следующих видах терапии:
- трансплантация гемопоэтических стволовых клеток
Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток в настоящее время является единственной рутинной терапией стволовыми клетками, которая успешно применяется во всем мире. Так называемый Пересадка костного мозга - это метод лечения многих гематологических заболеваний.
Во-первых, они используются у пациентов с первичными иммунодефицитами, то есть наследственными отклонениями в иммунной системе. Трансплантация костного мозга часто является для них единственным способом получить нормально функционирующие иммунные клетки.
Вторая группа пациентов, которым может потребоваться трансплантация гемопоэтических стволовых клеток, - это пациенты, костный мозг которых был поврежден, например, в результате агрессивного противоракового лечения.
Такая ситуация может быть желательной в случае рака крови (например, лейкозов), когда целью терапии является разрушение кроветворной системы, покрытой опухолевым процессом, и ее последующая реконструкция с помощью имплантированных стволовых клеток.
- лечение обширных ран с помощью эпидермальных стволовых клеток
Эпидермальные стволовые клетки - один из способов заживления крупных ран, например ожогов.
Вся процедура выглядит следующим образом: сначала берут эпидермальные стволовые клетки из фрагмента здоровой кожи пациента.
Затем эти клетки подвергаются лабораторному культивированию в условиях, обеспечивающих их быстрое размножение.
После получения необходимого количества клеток их кладут на раневую поверхность.
Дополнительным преимуществом терапии является то, что организм пациента не может отказаться от такой «повязки» - она состоит из его собственных клеток.
- офтальмологическое лечение с использованием лимбальных стволовых клеток роговицы
Еще одна терапия с использованием стволовых клеток была одобрена сравнительно недавно. Это лекарство, содержащее лимбальные стволовые клетки роговицы, позволяющее реконструировать эпителий роговицы (передний, внешний слой глазного яблока).
Как и в предыдущем случае, «источником» клеток является сам пациент, а точнее его здоровый глаз.
После сбора стволовые клетки размножаются в лаборатории и затем вводятся в пораженный глаз. Показанием к применению терапии является дефицит лимбальных стволовых клеток роговицы, например, из-за повреждения химическим веществом.
Будущее стволовых клеток
Приведенный выше текст суммирует текущее и, как вы можете видеть, очень ограниченное использование стволовых клеток в медицине.
Программа исследований в этой области очень сложна, и стволовые клетки по-прежнему вызывают больше вопросов, чем ответов.
Время от времени в научном мире появляется информация о связанных с ними прорывных открытиях, но, к сожалению, во многих случаях оказывается, что опубликованные результаты исследований не соответствуют действительности.
Так было, например, в случае громкой попытки имплантировать стволовые клетки костного мозга в постинфарктный рубец сердечной мышцы. Предположительно положительные результаты такой терапии вызвали лавину дальнейших испытаний в других клинических центрах, но все эксперименты в конечном итоге закончились неудачей.
Чтобы эффективно и безопасно использовать стволовые клетки в медицине, необходимы еще многие годы исследований.
Ученые постоянно пытаются узнать больше о необычных механизмах их функционирования.
Какие факторы влияют на процесс дифференцировки стволовых клеток?
Управляем ли этот процесс?
Что делать, чтобы эффективно их умножать?
Какие из неизлечимых болезней действительно можно вылечить с помощью этой терапии?
Эти и многие другие вопросы постоянно исследуются.
Здесь стоит упомянуть, что, хотя терапевтическое использование стволовых клеток ограничено, они полезны в других областях медицины.
Одним из примеров является изучение неопластических процессов. Стволовые клетки позволяют моделировать такой процесс в лабораторных условиях, а затем тестировать на них потенциальные методы лечения (например, новые противораковые препараты).
Текущие исследования стволовых клеток соответствуют, например, применению для:
- нейродегенеративные заболевания (например, болезнь Альцгеймера)
- травмы спинного мозга
- травмы опорно-двигательного аппарата
и, наконец, попытки реконструировать целые органы (например, поджелудочную железу при диабете I типа).
Мы должны знать, что стволовые клетки не являются панацеей, и что каждое потенциальное применение исследуется независимо и должно пройти серию клинических испытаний перед одобрением.
Наконец, стоит также предостеречь от «клиник», предлагающих терапию стволовыми клетками без какого-либо разрешения.
Подобные эксперименты в лучшем случае приводят к потере денег, а в худшем - к потере здоровья и даже жизни.
Библиография:
- «Взрослые стволовые клетки: надежды и шумиха регенеративной медицины» J. Dulak et.al. Acta Biochimica Polonica, Том 62, № 3/2015, 329–337
- «Биология стволовых клеток: обзор» П. Шагастель, Н. Нарди, Kidney Int Suppl (2011). 2011 сен; 1 (3): 63–67.
- «Стволовые клетки в роговице» Герценберг А.Дж., Фундербург Дж.Л. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25-41.
- «Стволовые клетки в регенерации кожи, заживлении ран и их клиническое применение» Ojeh N. et.al. Int J Mol Sci. 2015 23 октября; 16
Прочитать больше статей этого автора
.jpg)
