Стволовые клетки и их медицинское строение

РКГП «Западно-Казахстанский  Государственный Медицинский Университет имени Марата Оспанова»

 

 

 

Самостоятельная работа студента

 

Факультет: общая медицина

Дисциплина: молекулярная биология и медицинская генетика

Кафедра: ЕНД

Курс: I

Тема: Стволовые клетки и их медицинское значение 

Форма выполнения: реферат

 

                                                               

 

       Выполнила: Мараткызы Айдана

                                                                                          Проверила: Батырова Г.А

                                                                       Группа: 120А

                                                              Оценка:

                                                       Дата:

 

 

 

 

 

Актобе 2013

План:

 

      Введение

 

1.Стволовые клетки

2.Историческая  справка

3.Описание

4.Откуда берутся  стволовые клетки

5.Зачем нужны  стволовые клетки

6.Что такое  клеточная теория

7. Характеристики эмбриональных стволовых клеток

8. Использование стволовых клеток в медицине

9. Лечение стволовыми клетками, или болезни отступают

10. Омоложение  стволовыми клетками

11. Безопасно ли  применение стволовых клеток

 

    Заключение

 

    Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Стволовые клетки - иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка). Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться. Стволовые клетки являются предшественниками клеток всех органов и тканей человека, из которых формируются клетки всех других типов - кроветворной, нервной и сердечно-сосудистой системы, эндокринных органов, костной, хрящевой и мышечной тканей. Миллиарды клеток растущего организма происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской (сперматозоид) и женской (яйцеклетка) половых клеток (гамет). Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему его последовательного развития. В течение нескольких первых дней деления этой клетки образуется шарик из совершенно одинаковых неспециализированных клеток. Примерно через шесть-семь дней этот шарик образует бластоцисту, которая состоит из наружного слоя клеток (эктодермы), окружающего полость, наполненную жидкостью и стволовыми клетками (мезодермы), которые и дадут начало всем остальным клеткам организма. Именно поэтому такие стволовые клетки называют тотипотентными, или всемогущими.

«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», - говорит член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин.

Хотя термин «стволовая клетка»  был введен в биологию еще в 1908 году, особый интерес к этой области  клеточной биологии появился в последнее  десятилетие ХХ века.

В 1999 году журнал Science признал  открытие стволовых клеток третьим  по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали  ДНК и программы «Геном человека».

Один из первооткрывателей  структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя  открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может  превратиться в зародыш либо в  линию специализированных соматических клеток.

И правда, стволовые клетки - прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют  и замещают клетки, утраченные в  результате каких-либо повреждений  во всех органах и тканях. Они  призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его  рождения.

Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем  создавать из них ткани и целые  органы, необходимые больным для  трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно  вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.

Потребности медицины в таком  материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке  органа. 70-80 процентов пациентов  погибают без лечения на листе  ожидания операции.

Таким образом, стволовые  клетки в каком-то смысле действительно  могут стать «запчастями» для  нашего организма. Но для этого вовсе  не обязательно искусственно выращивать эмбрионы - стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

 

Стволовые клетки

 

Стволовые клетки - «ремонтная бригада» организма. Стволовые клетки в организме взрослого человека вырабатывает костный мозг. Это основной их источник, но далеко не единственный. Также стволовые клетки обнаружены и в жировой ткани, коже, мышцах, печени, легких, сетчатке глаза, практически во всех органах и тканях организма. Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей.

Стволовые клетки, получив  от регулирующих систем организма сигналы  о какой-либо «неполадке», по кровяному  руслу устремляются к пораженному  органу, восстанавливая практически  любое повреждение, преобразовываясь на месте в необходимые организму  клетки (костные - остеобласты, мышечные - миобласты, печеночные - мезенхимальные, сердечной мышцы - кардиомиобласты  и даже клетки мозга - нейроны).

По своей сути стволовые  клетки - это своеобразная «ремонтная бригада» организма, которая устремляется в проблемную зону и заменяет собой  больные, поврежденные клетки того или  иного органа. Благодаря своей  способности превратиться в любую  ткань, стволовые клетки могут применяться  для лечения огромного количества заболеваний.

 

Историческая  справка

 

Термин «стволовая клетка»  был введён в научный обиход русским гистологом Александром Максимовым (1874-1928). Он постулировал существование стволовой кроветворной клетки. На заседании Общества Гематологов в Берлине 1 июня 1909 года он ввел понятие «Stammzelle», подразумевая под этим определением лимфоцит в более широком значении этого слова, как клетку, способную быть стволовой в современном понимании этого слова. В шестидесятые годы XX века Тил и Маккулох, а также Меткалф и его сотрудники показали, что внутривенное введение костномозговых клеток от здоровой сингенной к летально облученной мыши приводит к образованию колоний из клеток всех направлений гемопоэтической дифференцировки в селезенке. С разработкой клонального метода для выявления клеток предшественников in-vitro, так называемых колониеобразующих единиц (КОЕ), стало возможным проследить за дифференцировкой всех миелоидных ростков. Фриденштейн А.Я. и его сотрудники впервые показали, что в костном мозге, помимо гемопоэтических имеются стромальные стволовые клетки, которые при культивировании формировали колонии фибробластноподобных клеток. Пересадка таких колоний под капсулу почки мыши в диффузионной камере приводило к формированию костной или адипозной ткани. В 1981 годуамериканский биолог Мартин Эванс впервые выделил недифференцированные плюрипотентные линии стволовых клеток - бластоцисты мыши. В 1998 годуД. Томпсон и Д. Герхарт выявили бессмертную линию эмбриональныхстволовых клеток (ЭСК). В 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». В 2009 году южно-корейского ученого Хуанг Ву-Сук обвинили в мошенничестве, связанном с его исследованиями в области клонирования стволовых клеток. Он утверждал, что он и его команда извлекли ткани из клонированных человеческих эмбрионов, которые были идентичны ДНК 11 пациентов. Однако университетская комиссия, проводившая расследования, выяснила, что все 11 наборов данных были произведены от 2 линий стволовых клеток.

 

 

 

Описание

 

Корнем иерархии стволовых  клеток является тотипотентная зигота. В ходе первых нескольких делений зиготы млекопитающих бластомерысохраняют тотипотентность, и при потере целостности зародыша это может приводить к появлению монозиготных близнецов. К ветвям иерархии относятся плюрипотентные (омнипотентные) и мультипотентные (бластные) стволовые клетки. Листьями (конечными элементами) иерархии являются зрелые унипотентные клетки тканей организма. Нишами стволовых клеток называются места в ткани, где постоянно залегают стволовые клетки, делящиеся по мере надобности для дальнейшей дифференциации. Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления. Вторая характерная особенность стволовых клеток заключается в том, что при их делении одна из дочерних клеток дифференцируется, а вторая остается стволовой. За счет этого стволовые клетки образуют самоподдерживающуюся популяцию. Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят несколько стадий. В результате в организме имеется ряд популяций стволовых клеток различной степени зрелости. В норме, чем более зрелой является клетка, тем меньше вероятность того, что она сможет превратиться в клетку другого типа. Но всё же это возможно благодаря феномену трансдифференцировки клеток(англ. Transdifferentiation). ДНК в большинстве клеток одного организма (кроме половых), в том числе и стволовых, одинакова. Клетки различных органов и тканей, например, клетки кости и нервные клетки, различаются только тем, какие гены у них включены, а какие выключены, то есть регулированием экспрессии генов, например, путем метилирования ДНК. Фактически, с осознанием существования зрелых и незрелых клеток был обнаружен новый уровень управления клетками. Геном у всех клеток идентичен, но режим работы, в котором он находится - различен. В различных органах и тканях взрослого организма существуют частично созревшие стволовые клетки, готовые быстро дозреть и превратиться в клетки нужного типа. Они называются бластными клетками. Например, частично созревшие клетки мозга - это нейробласты, кости - остеобласты и так далее. Дифференцировку могут запускать как внутренние причины, так и внешние. Любая клетка реагирует на внешние раздражители, в том числе и на специальные сигналы цитокины. Например, есть сигнал (вещество), служащий признаком перенаселённости. Если клеток становится очень много, то этот сигнал сдерживает деление. В ответ на сигналы клетка может регулировать экспрессию генов.

 

Классификация стволовых  клеток по их способности к дифференциации:   

 
1) Тотипотентные клетки способны формировать все эмбриональные и экстра-эмбриональные типы клеток. К ним относятся только оплодотворённый ооцит и бластомеры 2 – 8 клеточной стадии.   
2) Плюрипотентные клетки способны формировать все типы клеток эмбриона. К ним относятся эмбриональные стволовые клетки, первичные половые клетки и клетки эмбриональных карцином.   
3) Другие типы стволовых клеток локализуются в сформировавшихся тканях взрослого организма (adult stem cells). Они варьируют по способности к дифференцировкеот мульти- до унипотентных.   

Классификация стволовых  клеток по источнику  их выделения:  

 
1.Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) - внутриклеточная масса раннего эмбриона (на этапе бластоцисты 4-7 день развития).   
2. Фетальные стволовые клетки - клетки зародыша на 9-12 неделе развития, выделенные из абртивного материала.  
3. Стволовые клетки взрослого организма

 

Стволовые клетки взрослого организма:

- Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) - мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови: крови - эритроцитам, В-лимфоцитам, Т- лимфоцитам, нейтрофилам, базофилам, эозинофилам, моноцитам, макрофагам и тромбоцитам Кроме костного мозга ГКС обнаружены в системном кровотоке и скелетных мышцах.   
- Мезенхимные стволовые клетки - мультипотентные региональные стволовые клетки, содержащиеся во всех мезенхимальных тканях (главным образом в костном мозге), способные к дифференцировке в различные типы мезенхимальных тканей, а так же в клетки других зародышевых слоёв.  
- Стромальные стволовые клетки - мультипотентные стволовые клетки взрослого организма, образующие строму костного мозга (поддерживающую гемопоэз), имеющие мезенхимальное происхождение.  
-Тканеспецифичные стволовые клетки - располагаются в различных видах тканей и в первую очередь, отвечают за обновление их клеточной популяции, первыми активируются при повреждении. Обладают более низким потенциалом, чем стромальные клетки костного мозга.

 

На  сегодняшний день обнаружены следующие  виды тканеспецифичных стволовых клеток:   

• 1. Нейрональные стволовые клетки
• 2.Стволовые клетки кожи
• 3. Стволовые клетки скелетной мускулатуры
• 4. Стволовые клетки миокарда
• 5. Стволовые клетки жировой ткани
• 6. Стромальные клетки спинного мозга
• 7. Эпителиальные стволовые клетки пищеварительного тракта