Такие разные стволовые клетки! Such different stem cells!

Сколько всего разного мы слышали и слышим про стволовые клетки! Казалось бы, что может быть проще — начало всех начал. Но ведь и они бывают разные!

В организме человека содержится порядка 100 триллионов клеток, однако каждая из них имеет общих предшественников, которые также называются стволовыми клетками.

Биологический смысл существования стволовых клеток заключается не только в обеспечении регенераторных возможностей организма при повреждении, но и в том, что все зрелые клетки тела имеют ограниченный срок жизни, что делает невозможным существование организма без их непрерывного обновления.

Характерной чертой стволовых клеток является их возможность к изменению из низко- в высокодифференцированные, что сопровождается появлением специфических функций, характерных для ткани, в которой этот процесс происходит. В связи с этим, в настоящее время проводится большое количество исследований, направленных на расширение возможностей применения стволовых клеток, в том числе и для увеличения продолжительности жизни.

Стволовые клетки человека

У всех стволовых клеток существуют два пути дальнейшего развития:

1. Часть из них делятся посредством митоза, оставаясь недифференцированными и поддерживая пул стволовых клеток;
2. Дифференцировка и превращение их в зрелые.

И очень немногие знают, что и стволовые клетки бывают разные, их можно разделить на две большие группы:

• эмбриональные стволовые клетки, которые изолированы от основной клеточной массы бластоцисты;
• зрелые стволовые клетки, которые находятся в различных тканях организма.

Также существует незначительная путаница с названием стволовых клеток. Хочу сказать, что есть такой термин, как «взрослые стволовые клетки». Он не является точным, так как их находят и у младенцев, и у детей, и у взрослых, и у пожилых. Как правило, они отвечают за воспроизведение тканей, в которых находятся. Также эти клетки иногда называют соматическими стволовыми.

Стволовые клетки у взрослых

Стволовые клетки взрослого человека впервые начали изучаться более 60 лет назад, в 1950 – х годах. Именно тогда исследователями было обнаружено, что в костном мозге стволовые клетки представлены двумя популяциями.

• Первая из них отвечала за формирование всех клеток крови человека (гемопоэтические),
• вторая популяции составляла костную строму – мезенхимальные стволовые клетки. В дальнейшем исследования распространились и на другие части тела.

В настоящее время проводится исследование возможности их использования в качестве лекарств от изнурительных и угрожающих заболеваний. Было выяснено, что стволовые клетки встречаются и в других тканях. Это вдохновило ученых на изучение процесса дифференцировки клеток с целью дальнейшего воспроизведения этого процесса в лабораторных условиях. Большой интерес вызывает применение стволовых клеток для восстановления функции поврежденных в результате травм и других патологических процессов, органов.

Стволовые клетки у пожилых

В ходе многочисленных исследований, было замечено, что с возрастом функция стволовых клеток значительно ухудшается, что и становится причиной прогрессирующего нарушения репарации тканей. Также это является одной из основных причин увеличения вероятности развития онкологических заболеваний в пожилом возрасте. На ухудшение функции стволовых клеток значительное влияние также оказывают хронические заболевания (например, сахарный диабет).

Основной теорией, объясняющей нарушение функции стволовых клеток с возрастом, является накопление повреждений ДНК. Как правило, в процессе жизнедеятельности происходит естественное повреждение молекул ДНК в ядре и митохондриях клеток. Это происходит как при появлении ошибок во время деления клеток, так и во время их обычного функционирования (например, при возникновении радикалов). Таким образом, ядерная ДНК вносит вклад в старение организма путем увеличения апоптоза или нарастания дисфункции клеток тканей.

Как правило, основной интерес применения стволовых клеток у людей пожилого возраста связан с лечением хронических заболеваний, сопряженных с прогрессирующей потерей клеток (различные разновидности застойной сердечной недостаточности, мозговые дегенеративные болезни).

Так, в настоящее время изучается возможность применения стволовых клеток при нейродегенеративных процессах в ЦНС (например, при болезни Паркинсона). Также возможно их применение у лиц с травматическим повреждением спинного мозга, где стволовые клетки должны восполнить дефицит поврежденной нервной ткани.

Кроме того, изучается возможность пересадки стволовых клеток в поврежденные ткани при болезнях, сопряженных с поражением миокарда или эндокринных органов (например, поджелудочной железы).

Какие бывают стволовые клетки организма

Стволовые клетки организма имеют такое свойство, как потентность – способность к воспроизведению разных видов клеток. В соответствии с потентностью, выделяют клетки:

• тотипотентные (дифференцируются эмбриональные или экстраэмбриональные ткани);
• плюрипотентные (могут быть источником практически всех видов тканей и являются потомками тотипотентных);
• мультипотентные (могут стать источником любых тканей в составе одного из зародышевых листков – эктодермы, мезодермы и энтодермы).

Стволовые клетки, в зависимости от способа их получения, бывают:

• эмбриональными;
• фетальными;
• постанатальными.

Эмбриональные стволовые клетки

Эмбриональные стволовые клетки составляют основу эмбриобласта, который имеется у зародыша на стадии эмбриона. У них имеется важная особенность, в соответствии с которой у эмбриональных клеток имеется преимущество перед другими типами стволовых клеток.

Так, эмбриональные стволовые клетки не имеют HLA – антигенов тканевой специфичности, определяющих принадлежность к конкретным индивидам. Именно соответствие этих антигенов у донора и реципиента является определяющим в определении показаний к пересадке клеточного материала. Чем больше соответствие HLA, тем ниже вероятность развития реакции трансплантата.

В ряде опытов по пересадке эмбриональных стволовых клеток мышам с тяжелым иммунодефицитом нередко развиваются опухоли – тератомы, имеющие высокий риск озлокачествления.

Фетальные стволовые клетки

Источник фетальных стволовых клеток – плодный материал, полученный после аборта (на сроке 9-12 недель). Исследования, проводимые с этими клетками, становятся причиной большого количества проблем, связанных с моральными принципами. Изучается применение фетальных стволовых клеток при лечении ишемических поражений головного мозга. Также эти клетки могут быть использованы в качестве источника печеночной ткани и гемопоэтических клеток.

Постнатальные стволовые клетки

Постнатальные стволовые клетки имеют меньшую потентность в сравнении с эмбриональными и фетальными стволовыми клетками. Также, их применение вызывает гораздо меньше этических проблем.

Гемопоэтические стволовые клетки костного мозга и эритроциты

Клетки, преобладающие в крови (лимфоциты, лейкоциты, макрофаги и эритроциты) и стволовые клетки костного мозга тесно связаны в функциональном отношении. Они лежат в основе образования пяти зрелых ростков, или субпопуляций:

• эритроцитарной;
• гранулоцитарной;
• лимфоцитарной;
• моноцитарной;
• макрофагальной.

У новорожденных, взрослых и пожилых, гемопоэтические стволовые клетки (предшественники эритроцитов, гранулоцитов, лимфоцитов, мегакариоцитов и других клеток крови), сосредоточены в красном костном мозге, который расположен внутри тазовых костей, ребер, эпифизов длинных трубчатых костей и тел позвонков.

Таким образом, стволовые клетки красного костного мозга делают его как органом гемопоэза так и иммунопоэза. Это важно в связи с тем, что клетки крови требуют регулярного обновления. Так, продолжительность жизни:

• эритроцитов составляет 120 дней;
• лейкоцитов составляет 5 дней;
• тромбоцитов составляет 6-7 дней.

Если по тем или иным причинам поражается костный мозг, содержащий стволовые клетки, эритроциты и другие клетки крови некоторое время остаются на нормальном уровне за счет депо (как правило, не все клетки крови одновременно циркулируют в кровотоке). Однако, после истощения пула зрелых клеток, происходит резкое снижение необходимых для жизнедеятельности организма эритроцитов, тромбоцитов и клеток иммунной системы. Это проявляется системной гипоксией, рецидивирующими кровотечениями и выраженным иммунодефицитом, который нередко становится причиной летального исхода.

Мультипотентные стволовые клетки

Мезенхимальные стволовые клетки являются источником стромы большинства тканей тела человека. Эти клетки для последующего использования могут быть выделены из:

• плаценты;
• жировой ткани;
• легких;
• костного мозга;
• крови пуповины;
• периваскулярной ниши пульпы зуба;
• периодонтальной связки.

В большом количестве исследований было выявлено иммуносупрессивное действие мезенхимальных стволовых клеток на фоне выработки цитокинов. Также изучалась вероятность применения этих клеток для регенерации мышечной ткани после ее травматического повреждения. Однако, в связи с высокой вероятностью отторжения трансплантата, а также медленной скоростью их роста, их применение существенно ограничено.

Тканеспецифические прогениторные клетки

Тканеспецифические прогениторные клетки обладают низкой потентностью и способны к воспроизведению только тех тканей, в которых они локализуются. Главная их роль в организме – замена старых клеток.

В соответствии с тканями, в которых у детей, взрослых и пожилых обнаруживаются тканеспецифические стволовые клетки организма:

• гематопоэтические;
• молочных желез;
• желудочно-кишечного тракта;
• мезенхимальные;
• эндотелиальные;
• нервные;
• обонятельные;
• тестикулярные.

Гематопоэтические, или стволовые клетки крови можно найти в красном костном мозге и крови пуповины плода. Они являются основой для синтеза всех клеток крови.

Стволовые клетки молочных желез являются основой для увеличения бюста при пубертате, изменения груди во время гестации. Также эти клетки играют решающую роль в процессе канцерогенеза рака молочной железы.

Стволовые клетки тканей пищеварительной системы непрерывно делятся на протяжении всей жизни человека и обеспечивают обновление эпителия, выстилающего желудочно-кишечный тракт. Как правило, считается, что именно эти клетки являются источником большинства видов рака тонкого и толстого кишечника.

Мезенхимальные клетки обладают способностью:

• к дифференцировке в различные клетки;
• осуществлять трофическую поддержку;
• модулировать иммунный ответ.

Эндотелиальные стволовые клетки относятся к одним из трех типов мультипотентных клеток костного мозга. Эти стволовые клетки способны обеспечивать выстилку сосудов.

Нервные стволовые клетки локализуются в тканях центральной и периферической нервных систем. Эти клетки имеют много общего с гемопоэтическими стволовыми клетками. Кроме того, при экспериментальном введении нервных стволовых клеток в кровь, они нередко дифференцируются в различные типы клеток иммунной системы.

Обонятельные стволовые клетки локализуются в слизистой носа (в верхних отделах) и принимают участие в рецепции запахов. Важность их отдельного выделения связана с тем, что при помещении обонятельных стволовых клеток в определенные условия, их качества приближаются к эмбриональным стволовым клеткам.

Тестикулярные стволовые клетки человека могут быть выделены у мужчин. Они нужны для воспроизведения сперматозоидов.

Что влияет на стволовые клетки костного мозга

Стволовые клетки мозга, кожи и слизистых взрослого человека являются низко дифференцированными, в связи с чем имеют большое количество сходных черт с клетками злокачественных опухолей. Таким образом, нарушить жизнедеятельность стволовых клеток могут ионизирующее излучение (посредством повреждения ДНК и запуска апоптоза). Кроме того, стволовые клетки мозга восприимчивы к воздействию цитостатиков, действие которых направлено на угнетение их жизнедеятельности.

Здоровые стволовые клетки несколько менее чувствительны к вредному внешнему воздействию, чем низкодифференцированные опухолевые, в связи с чем ионизирующее облучение и химиотерапия с успехом применяются в лечении онкологических заболеваний. Однако, побочным эффектом этого лечения может стать тяжелая цитопения – состояние, при котором значительно снижено количество клеток крови не только в кровяном русле, но и в костном мозге.

Стволовые клетки тканей и рак

Стволовые клетки тканей человека, как известно, способны самообновляться, из-за чего они имеют общие с опухолевыми клетками свойства. Так, нередко первоисточником опухоли становятся нормальные стволовые клетки.

В опухолях обнаруживаются «раковые стволовые клетки» тканей – редкие клетки с неопределенным потенциалом для самообновления, являющиеся основой онкогенеза. Поэтому, в основе одной из теорий возникновения новообразований лежит идея о том, что процесс появления опухолей начинается из нормальных стволовых или тканеспецифических прогениторных клеток.

Применение стволовых клеток

Применение стволовых клеток в современной медицине существенно ограничено из-за того, что известно о целом ряде связанных с ними тяжелых осложнений. Как правило, большая часть осложнений обусловлена тем, что донор стволовых клеток и реципиент несовместимы. Однако, значительное распространение пересадка костного мозга при лечении лейкемии всё-таки получила.

1. Лечение стволовыми клетками в медицине

Лечение стволовыми клетками, из-за возможности воспроизведения практически любых тканей, имеет огромные перспективы. Однако, широко используется лишь трансплантация стволовых клеток в составе костного мозга. В остальных же случаях, широкого клинического применения стволовые клетки не получили, так как из-за этого вопроса идёт до сих пор слишком много споров.

В наше время проводится огромное количество исследований, в основе которых лежит трансплантация стволовых клеток для лечения следующих заболеваний:

• сахарный диабет;
• ревматоидный артрит;
• болезнь Паркинсона;
• болезнь Альцгеймера;
• остеоартроз;
• инсульт и черепно-мозговая травма;
• инвалидность как результат аномалий развития;
• повреждения спинного мозга;
• инфаркт миокарда;
• онкологические заболевания;
• облысение;
• выпадение зубов в раннем возрасте;
• восстановление слуха;
• восстановления зрения и поврежденной роговицы;
• боковой амиотрофический склероз;
• болезнь Крона;
• тяжелые травмы;
• мужское бесплодие
• биохакинг или увеличение продолжительности жизни.

К сожалению, нередко под предлогом лечения стволовыми клетками с помощью новейших методик некоторых серьезных болезней, мошенники пользуются доверчивостью людей и не только получают их деньги, но и нередко наносят тяжкий вред здоровью. И такое бывает.

Где берут стволовые клетки

Многим интересно, где берут стволовые клетки человека для исследования и насколько это законно.

Можно выделить несколько источников стволовых клеток:

• ткани плода, полученные после аборта (фетальные стволовые клетки);
• пуповинная кровь после пересечения пуповины (эмбриональные стволовые клетки);
• ткани, принимающие участие в формировании внеэмбриональных мембран и получаемые после рождения плода (взрослые стволовые клетки);
• организм донора стволовых клеток (взрослые стволовые клетки).

Как правило, основными местами, где берут стволовые клетки у донора, являются:

• бедренная или подвздошная кости (требуется просверлить отверстие в костной ткани, после чего происходит забор красного костного мозга);
• жировая ткань (забирается из определенных мест путем липосакции);
• кровь (путем фильтрации крови через специальную машину, после чего стволовые клетки извлекаются).

Существуют и другие потенциальные источники стволовых клеток, однако их используют значительно реже.

Показания к трансплантации стволовых клеток

Трансплантация стволовых клеток является сложным процессом. Это связано с тем, что при попадании инородного материала в кровь и внутренние среды человеческого тела, организм посредством иммунных сил пытается избавиться от чужеродных структур.

В зависимости от источника пересаживаемых клеток, трансплантация может быть:

• аллогенной (материал получают от совместимого донора или близких родственников);
• аутогенной (когда донор одновременно является реципиентом; обычно такая пересадка стволовых клеток осуществляется спустя какое-то время).

В соответствии с видом трансплантации, различаются и возможные показания (обусловлено возможностью влияния собственных иммунных сил на стволовые клетки донора).

Показанием к аллогенной трансплантации могут служить:

• лейкозы;
• хронические миелолейкозы;
• выраженные апластические анемии;
• патология гемоглобина;
• врожденный иммунодефицит.

Показанием к аутологичной трансплантации могут служить:

• лимфомы, имеющие злокачественное течение;
• некоторые злокачественные новообразования;
• ряд аутоиммунных заболеваний.

Кто может быть донором стволовых клеток

В зависимости от источника клеток, донором может выступать как сам человек, которому необходима трансплантация (аутотрансплантация), так и другие люди (аллотрансплантация).

Для аутотрансплантации изначально у человека берется образец его же тканей, после чего проводится курс лечения (как правило, лучевая или химиотерапия). Далее происходит имплантация заранее взятых тканей. В ситуации с костным мозгом, достаточно 24 часов для восстановления его функций.

Донор стволовых клеток при аллотрансплантации должен быть максимально совместим по HLA, что определяется посредством специального теста. В связи с тем, что от родителей человек получил по одной хромосоме, с каждым из них он, в большинстве случаев, будет совпадать лишь на 50%. Это делает родителей и детей неподходящими для пересадки стволовых клеток. Тем не менее, в 20-25% случаев могут встречаться полностью совместимые родственники, что делает аллогенную трансплантацию возможной.

Однако, невысокая частота совместимых по HLA родственников стала причиной создания международных регистров, в которых содержатся данные о донорах со всего мира (что превышает более 5 млн человек).

2. В фарминдустрии

Способность стволовых клеток к превращению в практически любые ткани человека, а также потенциальные возможности их применения, стали причиной развития интереса со стороны крупных фармкомпаний. Так, продажа крема со стволовыми клетками, который, возможно, и не будет иметь преимуществ перед кремом без их содержания, при правильном маркетинге может стать источником колоссального дохода. А это, в свою очередь, и является главной целью организаций фарминдустрии.

Крем со стволовыми клетками

В интернете существует много рекламы, говорящей о кремах с содержанием стволовых клеток. Однако в подтверждение этих данных, говорящих о преимуществах этих средств, на сегодняшний день имеется лишь относительно небольшое количество исследований. Как объясняют производители этих препаратов, стволовые клетки растений, используемые в косметической продукции, путем выделения растительных факторов роста потенцируют деление клеток, расположенных на базальной мембране кожи.

Ученые говорят о том, что эффект от введения стволовых клеток сохраняется на протяжении 1 года. Когда этот срок проходит, процедуру необходимо повторить.

Теоретически человек, который делает инъекции каждые 1.5 года, способен дожить до 150 лет. Но пока это только в теории.

Однако чем старше пациент, тем большее количество болезней у него появляется, и тем больший объем биологического материала потребуется. И это тоже пока только в теории. Но люди, которые интересуются биохакингом (настоящим, а не тем, который на самом деле обычный ЗОЖ), очень активно стремятся применять технологии на основе стволовых клеток.

Процедура дорогостоящая, поэтому доступна далеко не всем. Цена одного сеанса омоложения стволовыми клетками – около 17 000 евро.

Интересные исследования

Проводились исследования в Медицинской школе Стэнфордского университета. Специалисты обнаружили, что пожилые мыши снова обрели молодую силу после того, как их существующие мышечные стволовые клетки были подвергнуты лечению омолаживающим белком и трансплантированы обратно в их тела.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Автор исследования Витторио Себастьяно

Мы обнаружили, что, строго контролируя продолжительность воздействия этих белковых факторов, мы можем способствовать омоложению многих типов клеток человека.

Но, несмотря на это, недостаточно клинических данных, чтобы утверждать, могут ли стволовые клетки остановить старение. Однако, следуя приведенным выше соображениям, можно сделать вывод, что в такой способ можно замедлить процесс возрастных изменений.

Всем здоровья!

На Главную.