Стволовые клетки предоставляют беспрецедентные возможности для медицины в лечении тяжёлых, истощающих заболеваний; открывают новые технологии исследования фундаментальных вопросов биологии. Стволовая клетка является недифференцированной клеткой, способной к самообновлению и дифференцировке в специализированные клетки в зависимости от микроокружения.
Медицинский и научный интерес к стволовым клеткам основан на желании найти источник новой, здоровой ткани для замещения патологически измененной. Известно, что некоторые органы, например, кожа или печень, имеют большой резерв регенерации в случае повреждения, однако пока непонятно, почему и как некоторые ткани имеют эту способность, а другие нет. Недавние исследования показали, что стволовые клетки являются ключом к познанию этих регенеративных свойств.
У людей, стволовые клетки были идентифицированы во внутренней массе клеток раннего эмбриона; в некоторых тканях плода, пуповины и плаценты; и в некоторых органах взрослого человека.
Выделяют несколько типов стволовых клеток: эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослой особи (человека).
Один из самых важных вопросов относительно терапевтического потенциала стволовых клеток – могут ли клетки, ткани, и возможно органы, полученные из них быть пересажены с минимальным риском отторжения трансплантата. Выделяют три основных метода клеточной терапии в регенеративной медицине:
- Аутогенные зрелые (региональные) стволовые клетки. Они взяты у пациента и преобразованы в трансплантационные клетки для лечения дегенеративных болезней данного пациента. Такие клетки, или ткани, полученные из них, наследственно идентичны с собственными пациента и не отторгаются иммунной системой. Однако, пригодность достаточно зрелых стволовых клеток и их потенциал давать полный диапазон клеток и типы тканей сомнителены, тем самым, ограничивая ценность данного метода.
- Аллогенные зародышевые стволовые клетки. Эти стволовые клетки – типопотентные, но они не совместимы с ДНК пациента, поэтому имеется высокий риск отторжения иммунной системой реципиента. Компании, использующие данный метод клеточной терапии, обычно решают эту проблему путём назначения иммуносупрессивных препаратов. Однако идёт поиск и других методов преодоления иммунологического конфликта.
- Аутогенные зародышевые стволовые клетки. Наиболее перспективным методом является использование стволовых клеток, клонируемых непосредственно из собственных клеток пациента, тем самым создавая типопотентные стволовые клетки, которые не будут отторгнуты иммунной системой пациента.
Три основных метода в стволовой клеточной терапии. Аутогенные зрелые стволовые клетки (Autologous pluripotent cells) являются собственными и не могут быть отторгнуты, однако могут дать начало только ограниченному числу типов клеток. Аллогенные зародышевые стволовые клетки (Allogeneic totipotent cells) могут стать всеми типами клеток, но отторгаются как чужеродные. Аутогенные зародышевые стволовые клетки (Autologous totipotent cells) являются собственными, и могут дифференцироваться во все типы клеток.
Зародышевые стволовые клетки (ES) получают из эмбриона на ранних стадиях развития. Оплодотворенная спермием яйцеклетки образует зиготу – самую раннюю зародышевую стадию. Зигота начинает делиться спустя приблизительно 30 часов после оплодотворения и к третьему-четвертому дню, эмбрион представляет собой компактный шар из 12 или большего количества клеток, образующих морулу. Через пять-шесть дней после оплодотворения, и после нескольких циклов делений клеток, клетки морулы начинают специализироваться, формируя полую сферу клеток, назваемую бластоцистой, размером приблизительно 150 микрон в диаметре. Внешний слой бластоцисты называют трофобластом, а группу клеток в сфере называют внутренней массой клеток. На данном этапе, содержится приблизительно 70 клеток трофобласта и около 30 клеток во внутренней массе клеток. Клетки внутренней массы являются мультипотентными стволовыми клетками, которые дают начало всем типам клетки главных слоев ткани (эктодерма, мезодерма, и эндодерма) эмбриона. Стало возможно изымать эти стволовые клетки из бластоцисты и поддержать их в недифференцированном состоянии в линиях клеточной культуры в лаборатории (NIH, 2001). Для испоьзования в регенеративной медицине, культивируемые ES клетки должены быть дифференцированы в соответствующие ткани для трансплантации пациентам. Данная проблема находится всё ещё на этапе изучения. Однако использованию эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в заместительной клеточной терапии многих заболеваний препятствует ряд проблем:
- технические трудности в получении чистой линии человеческих ЭСК;
- недостаток информации об индукции их дифференцировки in vitro;
- наличие ряда биоэтических вопросов, которые возникают при использовании ЭСК, полученных из эмбриональной ткани и с помощью технологии переноса ядра;
- существует опасность индукции канцерогенеза при использовании ЭСК, полученных из тератокарцином;
- иммунологические проблемы отторжения.
Фетальные стволовые клетки являются примитивными типами клеток плода, которые в конечном счете дают начало различным органам, но исследования с фетальной тканью пока были ограничены только несколькими типами клеток: невральные стволовые клетки, включая невральные клетки гребня; гематопоэтические стволовые клетки; и панкреатические клетки - предшественники островка. Невральные стволовые клетки, большое количество которых содержится в фетальном мозге, могут быть изолированы и выращены в недифференцированной форме в культуре, с последующей дифференцировкой в три главных типа мозговых клеток (Brustle et al., 1998; Villa et al., 2000). Эти клетки использовались для лечения болезни Паркинсона, смоделированной у грызунов (Sawamoto et al., 2001; Studer et al., 1998). Невральные клетки гребня появляются из невральной трубки и мигрируют в другие ткани развивающегося плода, где дифференцируются в многочисленные типы клеток, включая также и неневральные клетки (например, меланоциты).
Эмбриональная печень и кровь являются богатыми источниками гематопоэтических стволовых клеток, дающими начало многочисленным типам клеток крови, однако их свойства изучены недостаточно. Хотя пуповина и плацента не являются частью плода, они – также богатый источник гематопоэтических стволовых клеток. Исследования, в которых мышам, страдающим сахарным диабетом, была пересажена ткань, извлеченная из эмбриональной поджелудочной железы, продемонстрировали стимуляцию продукции инсулина, но не ясно, является ли это следствие трансплантации истинной стволовой клетки, более зрелой клетки - предшественника, или наличием в трансплантате полностью зрелых панкреатических клеток, непосредственно продуцирующих инсулин (Beattie et al., 1997).
В последнее время в литературе уделяется достаточно много внимания региональным (зрелым) стволовым клеткам (РСК), которые найдены уже почти во всех органах. Определяют и выделяют РСК по определённым маркёрам, а также используют особенности их роста в культуре и способность к дифференцировке. Установлено, что многие из них способны дифференцироваться не только в клетки того органа, в котором они находятся, но и в клетки других органов и тканей, происходящих даже из другого зародышевого листка.
Основные свойства РСК:
- плюрипотентность;
- ограниченный потенциал к делению и дифференцировке (в отличие от ЭСК), однако РСК терминально не дифференцированы, не исключается возможность их репрограммирования;
- in vitro спонтанно или идуцировано дифференцируются в зрелые специализированные клетки, in vivo дифференцируются под влиянием тканевого микроокружения по мере необходимости;
- при органной недостаточности РСК способны к миграции in vivo в область поражения;
- «региональное стволовое пространство органа» взрослого организма очень невелико и истощается по мере старения организма.
Основные преимущества РСК заключаются в том, что они могут быть использованы при необходимости как аутогенный клеточный материал. Поэтому не возникнет никаких иммунологических проблем, а также этических препятствий к их использованию.
Недостатки и проблемы при использовании РСК для клеточной терапии связаны с тем, что ещё недостаточно изучены факторы их дифференцировки in vitro, их трудно получить в достаточном количестве для развития клинического эффекта после трансплантации. Кроме того, с возрастом их количество и терапевтический потенциал уменьшаются.
Продолжение следует…
Биотехнологии>Стволовые клетки>
