Стволовые клетки. Медицинское значение

АО  «Медицинский Университет  Астана»

КАФЕДРА   МЕДИЦИНСКОЙ  БИОЛОГИИ

 

 

 

СРС

ТЕМА:  « Стволовые клетки.  Медицинское значение»

 

ДИСЦИПЛИНА:  Молекулярная биология

КУРС:  1

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ:  Общая  медицина

СОСТАВИТЕЛЬ:  Бектурсынова  И.Н

ПРОВЕРИЛ:  Мамбетпаева Б.С

 

 

 

 

 

 

 

Астана – 2013г

Содержание:

1. Общие сведения о стволовых клетках
2. Классификация СК
3. Методы выделения и культивирования СК
4. Получение ВСК
5. Физиологическая роль СК
6. Клеточные технологии
7. Биотехнологии получения и культивирования ЭСК 
8. Клиническое применение СК
9. Панацея от ста бед и вечная молодость
10. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие сведения о стволовых клетках

Стволовая клетка (СК) – в последнее время этот термин всё чаще и чаще можно встретить как в научной, так и популярной литературе, с развитием фундаментальных исследований и прикладным применением СК, авторитетные учёные связывают будущее мировой медицины. Уже сейчас СМИ с обнадёживающей регулярностью сообщают о новых практических достижениях клеточной терапии (методов лечения, основанных на использовании СК) и фантастических перспективах, осуществление которых, однако, представляется весьма реальным.

Итак, что же такое  – стволовая клетка?

Сам термин был предложен Александром Максимовым в 1908 г. на съезде гематологического общества в Берлине.

Сейчас трудно точно сказать, кто же именно являлся родоначальником  клеточной терапии, как практического  метода лечения – одни, отдают приоритет  доктору Полу Нихансу из Швейцарии, который использовал инъекции клеток эмбрионов овец для восстановления жизненной активности клеток пациента; другие же, считают родоначальником клеточной терапии русского врача-эмигранта С. Воронцова, который в 20-30-е годы в Париже пытался пересаживать фетальные ткани в случаях преждевременного старения. Несмотря на это, статус большой науки эта область клеточной биологии получила лишь во второй половине ХХ века. В 1960-х гг. советские учёные И. Чертков и А. Фриденштейн открыли мультипотентные ВСК костного мозга. Это открытие положило начало изучению роли этих клеток в регенерации повреждённых тканей взрослого организма. В 1981 году американскому ученому Мартину Эвансу впервые выделил плюрипотентные линии стволовых клеток из бластоцисты мыши. 
А в 1998 г. американским исследователям Дж. Томпсону и Дж. Герхарту удалось получить ЭСК из внутриклеточной массы 4-х дневного человеческого эмбриона. 
Выделение ЭСК человека в 1999 году было признано журналом Science третьим по значимости событием в биологии XX в. после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".

В современном понимании  СК – это клетка, лишённая тканеспецифичных структур, способная к длительному самоподдержанию и дифференциации в различные типы специализированных клеток.

В данном случае под самоподдержанием мы подразумеваем, способность СК делиться и возобновляться в течение неопределённо длительного времени, в связи с чем, можно говорить о “бессмертности” СК. Предположительно, это уникальное свойство стволовых клеток обусловлено их способностью синтезировать теломеразу – фермент, доставляющий к теломерам хромосом концевые повторы, тем самым, поддерживая их длину на постоянном уровне.

Дифференцаиацией называется процесс преобразования стволовых клеток в специализированные, образующие ткани и органы организма.

Своё название СК получили потому, что они расположены в  основании ствола генеалогического дерева клеток, увенчанного короной  из клеток, выполняющих узко специализированные функции. Однако, ввиду отсутствия у стволовых клеток тканеспецифичных структур, некоторые популяризаторы медицины называют их такжеклетками без имени-отчества.

Таким образом, исходя из данного  нами определения, видно – что  стволовые клетки являются универсальным  строительным материалом организма.

Классификация СК

В настоящее время наиболее распространёнными являются такие  два вида классификации СК:

1) По источнику их получения  (локализации). 
2) По числу различных типов специализированных клеток, начало которым может дать данная стволовая клетка.

Согласно первому виду классификации, выделяют эмбриональные  СК (ЭСК) и, так называемые, стволовые клетки тканей взрослого организма. (ВСК).

ЭСК – это стволовые клетки, возникающие в эмбрионе млекопитающих на ранних стадиях эмбрионального развития. В результате того, что генная информация, заключённая в ядре ЭСК находится как бы в “нулевой точке” из них могут развиться клетки любых типов.

ВСК – как свидетельствует само их название, рассеяны по тканям взрослого организма (печени, костном мозге, селезёнке и др.), а значит, их, в свою очередь, можно классифицировать по видам тканей, в которых они локализованы. Необходимо отметить, что количество ВСК в тканях является весьма низким. Так, концентрация кроветворных стволовых клеток составляет примерно 1:100 тыс.

В отличие от ЭСК, ВСК не способны трансформироваться в клетки любых типов. Вместе с тем, установить жёсткие рамки, за которые ВСК выйти бы не смогли, не удалось. В научной литературе почти каждый месяц появляются сообщения об очередных успехах в “направленной дифференцировке” – в частности, из кроветворных ВСК костного мозга удалось нервные, мышечные и клетки печени. Результаты такого рода исследований наводят на мысль о том, что ВСК, всё же способны к трансформации в любые типы клеток, но их “дифференцировочный потенциал” ограничивается окружением, в которое эти клетки попадают.

Согласно второму виду классификации, выделяют тоти- плюри- мульти- и унипотентные СК.

Тотипотентные (от лат. – всемогущие) СК – первые клетки, образующиеся после деления оплодотворённой яйцеклетки. При пересадке тотипотентной клетки в материнский организм из неё может развиться новый полноценный зародыш.

Плюрипотентные СК – клетки внутриклеточной массы бластоцисты. В процессе эмбрионального развития эти клетки дают начало всем типам соматических клеток человека.

Мультипотентные СК – стволовые клетки с более низким, чем у плюрипотентных, “дифференцировочным потенциалом” (т.е. они могут дать начало меньшему количеству разных типов специализированных клеток)

Унипотентные  СК – стволовые клетки, которые могут дифференцироваться только в один тип специализированных клеток.

В процессе дифференциации тотипотентные клетки становятся плюрипотентными, плюрипотентные – в мульти, мультипотентные - в унипотентные, а унипотентные – переходят в класс коммитированных предшественников, которые не являются стволовыми клетками, так как значительно от них отличаются по способности к самоподдержанию, и другим, характерным для СК признакам.

Методы  выделения и культивирования  СК

Получение эмбриональных  стволовых клеток

Эмбриональные стволовые  клетки человека, как предполагает их название, получают от эмбрионов развивающихся из яйцеклеток, оплодотворенных in vitro (вне организма матери) и затем пожертвованных для исследовательских целей проинформированными донорами. Обычно это эмбрионы 4-5-дневного возраста. Они представляют собой полый микроскопический шар клеток, называемый бластоцистой. Бластоциста состоит из трёх структур: трофобласта – слой клеток, окружающий бластоцисту; бластоцели – полость внутри бластоцисты и внутренней клеточной массы – группа клеток (около 30) , расположенных на одном из полюсов бластоцисты. На 5-6 день развития зародыша эмбрион человека состоит из 50-150 клеток. Внутренняя клеточная масса зародыша состоит из 20-40 клеток. Именно эти клетки используются исследователями для выделения и размножения.

Блестящую оболочку бластоцисты разрушают методом ферментативной обработки, после чего, специальным методом элиминируют клетки трофобласта. Затем, ВКМ помещают в пластиковую культуральную чашку, внутренняя поверхность которой покрыта слоем мышиных фибробластов кожи, утративших способность к делению, после соответствующей обработки. Этот слой клеток получил название питающего (фидерного слоя). Его клетки создают «липкую» поверхность, к которой прикрепляются зародышевые СК, а также выделяют вещества, необходимые для роста и размножения зародышевых СК. Они активируют митотическое деление клеток и препятствуют их дифференцировке.

В условиях нормы плюрипотентные свойства эпибласта в раннем эмбриогенезе у мышей сохраняются 4-5 дней. Длительное культивирование возможно в присутствии в культуральной среде особого соединения, получившего название фактор ингибирования лейкемии (leukemia inhibitory factor – LIF). В случае же его отсутствия, плюрипотентность утрачивается, и ЭСК начинают дифференцировку.

Деление культивируемых клеток длится несколько дней, после чего клеточная масса начинает переполнять культуральную чашку. В это время клетки аккуратно пересаживают в новые чашки. Процесс пересаживания (субкультивирование) повторяется многократно в течение многих месяцев. Каждый цикл субкультивирования клеток называется переносом. Через шесть и более месяцев изначальные 20-40 клеток внутренней клеточной массы производят миллионы ЭСК.

Отдельные группы выделенных эмбриональных стволовых клеток могут быть заморожены и переданы в другие лаборатории для дальнейшего  культивирования и проведения экспериментов.

Приведём некоторые особенности  СК, получаемых из внутренней клеточной  массы эмбрионов (бластоцист) на предимплантационной стадии.

1) Они являются плюрипотентными. 
2) Стабильно диплоидны и сохраняют нормальный кариотип в условиях in vitro. 
3) Обладать способностью к неограниченному делению и, при условии создания специальной среды, не дифференцироваться.  
4) В случае отсутствия в среде особых факторов способны спонтанно дифференцироваться в многочисленные типы клеток – производные трех зародышевых листков: эктодермы, энтодермы, мезодермы.

Именно такая спонтанная дифференцировка ЭСК долгое время  не давала возможность получить культуры клеток определённого типа. Однако в последнее время удалось  “расшифровать” комбинации ростовых факторов ускоряющих развитие одних  и тормозящих развитие других линий  дифференциации ЭСК.

5) Процесс дифференциации  может происходить как в условиях  in vitro, так и в тератомах (опухолях, образующихся после инъецирования суспензии ЭСК подкожно или в перитонеальную полость иммунодефицитных животных) 
6) При имплантации в «хозяйскую» бластоцисту и агрегации с реципиентным эмбрионом ЭСК должна обладать свойством давать начало многочисленным производным, которые участвуют в образовании всех тканей организма, включая герменальную, и приводить к образованию химер. 
7) Эмбриональные СК обладают способностью синтезировать теломеразу – рибонуклеопротен, доставляющий концевые повторы к теломерам хромосом, поддерживая их длину на постоянном уровне. С этим ферментом связана бессмертностьЭСК.

Получение ВСК

В качестве источников ВСК  используют:

1. костный мозг 
2. слизистую оболочку носоглотки в районе обонятельных рецепторов 
3. жировую ткань 
4. плацентарную и пуповинную кровь новорожденных 
5. собственную плаценту

Костный мозг – относительно богат стволовыми клетками. Однако взятие образцов костного мозга представляет собой чрезвычайно болезненную процедуру.

Слизистая носоглотки – содержит частично детерминированные СК, способные дифференцироваться в клетки нервной ткани. Следовательно, эти клетки могут быть использованы для лечения патологий нервной системы.

Одним из достоинств данного  метода является то, что соскоб со слизистой  оболочки может быть легко произведён под местным наркозом.

Жировая ткань – содержит мезенхимальные СК, способные дифференцироваться в клетки как жировой, так и хрящевой, костной и, даже мышечной ткани. Жировая ткань с целью выделения СК может быть легко получена при липосакции

Плацентарная  и пуповинная кровь - очень богата стволовыми клетками. Использование пуповинной крови в качестве источника СК получило широкое распространение в связи с тем, что: во-первых – её сравнительно легко получить, а во-вторых, что также является крайне важным – она идеально подходит ребёнку.

Плацента – в 2001г. Было опубликовано сообщение, что американская фирма AnthroGen получила из человеческой плаценты значительное количество СК, способных дифференцироваться в кожные, кровяные, мышечные и нервные клетки. По данным этой фирмы, количество полученных ими стволовых клеток в 10 раз превышает количество клеток, получаемых из пуповинной крови. Таким образом, плацента может стать одним из наиболее перспективных источников СК для ауто- и аллотрансплантаций.

Необходимо, также отметить, что, помимо вышеуказанных источников для получения СК используют, также  абортивные ткани. Количество СК в которых, составляет около 5%, а сами СК, полученные, из абортивных тканей называются фетальными. Их выделяют из тканей эмбрионов, полученных в результате медицинского аборта на сроке от пяти, до двенадцати недель, по специально разработанной методике. Выращиваются культуры фетальных СК примерно по такой же схеме, как и “обычные”. После этого весь обработанный материал тщательно очищается, тестируется и сертифицируется.

Физиологическая роль СК

Образно выражаясь, можно  сказать, что физиологическая роль ЭСК в организме –строительство, а ВСК – ремонт. ЭСК являются источником первичного клеточного сырья, так как они дают начало всем типам клеток человеческого организма. Эмбриональные стволовые клетки бластоцисты делятся и передают генетический материал образующимся клеточным поколениям. Затем, в процессе развития зародыша происходит активация генов эмбриогенеза, ответственных за процессы специализации эмбриональных клеток и последующее формирование органов. А ВСК – находятся в специальных участках тканей и могут сохраняться в “спящем” состоянии (т.е. не подвергаться дальнейшей дифференциации) в течение длительного времени и при необходимости обеспечивать регенерацию тканевых структур (являются камбиальным резервом).