Стволовые клетки и их роль в гемопоэзе

По данным некоторых исследователей желточный мешок является источником полипотентных стволовых кроветворных клеток, заселяющих затем другие кроветворные органы и инициирующих там гемопоэз. Таким образом, в процессе внутриутробного развития плода гемопоэз осуществляется в различных органах с неодинаковым характером микроокружения. В желточном мешке оно создается клетками энтодермального эпителия, среди которых были обнаружены скопления примитивных клеток крови.

Первые клетки крови, образующиеся в стенках желточного мешка, называют примитивными эритробластами. Термин «мегалобласты» рекомендуется применять только для обозначения клеток, появляющихся при пернициозной анемии и некоторых других видах постнатальной патологии. Несмотря на морфологическое сходство этих клеток, они отличаются по ряду биохимических показателей, и в первую очередь по типу синтезируемого гемоглобина.

В раннем периоде кроветворения как в желточном мешке, так и в цирулирующей крови отсутствуют морфологически распознаваемые клетки зернистого ряда, что, по-видимому, объясняется особенностями микроокружения, ограничивающими дифференциацию стволовых клеток в определенном направлении. Наряду с этим установлено, что уже в желточном мешке мышей образуются клетки, которые могут дифференцироваться в иммунокомпетентные.

ЭМБРИОНАЛЬНОЕ КРОВЕТВОРЕНИЕ В ПЕЧЕНИ

Печень закладывается примерно на 3—4-й неделе развития эмбриона человека, а на пятой неделе она становится центром кроветворения. Наряду с эритрокариоцитами, которые появляются первыми, в печени происходит образование гранулоцитов и мегакариоцитов. Кроме того, в этом периоде кроветворения в печени начинается лимфоцитопоэз и появляются клетки, участвующие в реакциях клеточного иммунитета.

Во второй половине внутриутробного развития в печень начинает врастать соединительная ткань, которая делит орган на дольки. Параллельно происходят изменения клеточного состава микроокружения. Кроветворение в печени продолжается до конца антенатального периода, но наряду с этим начинают функционировать и другие гемопоэтические органы.

ЭМБРИОНАЛЬНОЕ КРОВЕТВОРЕНИЕ В СЕЛЕЗЕНКЕ

На 5—6-й неделе внутриутробного развития закладывается селезенка. К концу третьего — началу четвертого месяца в ней обнаруживаются первые островки кроветворной ткани. К пятому месяцу внутриутробного развития селезенка представляет собой универсальный кроветворный орган, в котором развиваются все клетки крови.

Стволовая кроветворная клетка в селезенке окружена ретикулярной тканью мезенхимального происхождения. Колониеобразующая стволовая клетка развивается сначала в миелобластном, лимфобластном и мегакариоцитарном направлениях, но по мере развития селезенки и изменения состава окружающей ткани утрачивается способность к дифференциации в миелоидном направлении. Вскоре после рождения ребенка селезенка становится органом лимфоцитопоэза. Причиной такого превращения считают заселение селезенки лимфоцитами или их предшественниками из вилочковой железы и других лимфоидных органов.

РОЛЬ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ В КРОВЕТВОРЕНИИ

Закладка лимфатических узлов у эмбриона человека происходит не одновременно. В конце второго месяца внутриутробного развития появляются лимфатические узлы. Во второй половине беременности развивается уже большинство лимфатических узлов, хотя окончательное их формирование происходит в постнатальном периоде. Кроветворение в лимфатических узлах отмечается на 7—8-й неделе внутриутробного развития и вначале носит универсальный характер, однако начиная с 12—14-й недели становится лимфоидным, что связано с изменением микроокружения кроветворных клеток- предшественниц.

Кроветворение в вилочковой железе начинается с десятой недели развития и протекает в лимфоидном направлении.

Костный мозг человека закладывается на втором месяце его развития. В это же время в нем обнаруживаются первые признаки кроветворения, а на шестом месяце беременности он становится центральным органом кроветворения. Вначале в костном мозге преобладают клетки эритроцитопоэза, но по мере роста и развития плода увеличивается процентное содержание клеток гранулоцитарного и мегакариоцитарного рядов.

КРОВЕТВОРЕНИЕ В ПОСТЭМБРИОНАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ

В постэмбриональном периоде кроветворение осуществляется главным образом в костном мозге, селезенке, лимфатических узлах. Эритроциты, гранулоциты и тромбоциты развиваются в красном костном мозге. Лимфоциты формируются в лимфатических узлах и других лимфоидных органах. Моноциты, по современной теории кроветворения, являются клетками костномозгового происхождения.

СХЕМА КРОВЕТВОРЕНИЯ

Согласно современным представлениям, в кроветворной ткани помимо морфологически распознаваемых клеток есть клетки-предшественницы различных классов. Это положение нашло отражение в схеме кроветворения, согласно которой выделяют пять классов гемопоэтических клеток.

Первый класс стволовых клеток представлен полипотентными кроветворными клетками, второй — полипотентными и бипотентными клетками, третий — унипотентнымн клетками, четвертый — бластными клетками — родоначальницами рядов, пятый — созревающими клетками.

Клетки моноцитарного ряда, согласно имеющимся данным, способны к фагоцитозу, пиноцитозу и прилипают к стеклу. Это позволило авторам схемы кроветворения объединить моноциты вместе с различными видами макрофагов в систему мононуклеарных фагоцитов. В эту систему включены только фагоцитирующие клетки, имеющие рецепторы для иммуноглобулинов и комплемента и способные к усиливаемому иммуноглобулинами фагоцитозу.

Предполагается, что все клетки, входящие в систему мононуклеарных фагоцитов, в том числе и моноциты, имеют костномозговое происхождение.

Гемопоэтические стволовые клетки. Исследование.

 

   Стволовые кроветворные клетки способны образовывать макроскопически видимые очаги кроветворения (колонии) в селезенке летально облученных мышей, после внутривенного введения им взвеси сингенного костного мозга от здорового донора. Каждая колония происходит из одной клетки и является клоном, что было показано в опытах с повторным облучением животных. Исследования проводили следующим образом: мышей облучали небольшой дозой, вводили им внутривенно донорский костный мозг и облучали повторно. В результате животные получали летальную дозу облучения (900 рад), в то время как введенные клетки костного мозга - только 650 рад. В селезенке таких животных к десятому дню образовывались очаги кроветворения. При анализе делящихся клеток оказалось, что все клетки внутри одной колонии несут одинаковые хромосомные аномалии. Таким образом, было доказано, что клетки каждой колонии являются потомками одной клетки и возникают в результате ее пролиферации и дифференцировки. Клетка, способная образовывать очаги кроветворения в селезенке летально облученных животных, называется колониеобразующей единицей селезенки. Микроскопическое изучение колоний показало, что колонии могут быть эритроидными, гранулоцитарными, мегакариоцитарными и смешанными.  
 
Стволовые кроветворные клетки обладают свойствами, которые отличают их от всех других кроветворных клеток. Они способны к длительному самоподдержанию, быстрой пролиферации, а также к дифференцировке в направлении любого ростка кроветворения.  
 
В селезеночных колониях происходит поддержание пула стволовых клеток. Так, при повторной трансплантации летально облученному животному клеток одной колонии, содержащей только эритроидные или только гранулоцитарные клетки, в селезенке вновь образовывались все типы колоний. Способность к самоподдержанию у стволовых клеток длительно сохраняется, но все же не безгранична. Так при нескольких повторных пассажах одной колонии постепенно снижается колониеобразующая способность, пул стволовых клеток истощается и колонии в селезенке не образуются. Вероятно, КОЕс не способна длительно находиться в митотическом цикле и для нормальной пролиферации этих клеток необходимы периоды покоя. Возможно поэтому в здоровом организме никогда не происходит истощения популяции стволовых кроветворных клеток.  
 
Несмотря на то, что лимфоидные колонии в селезенке не обнаружены, способность стволовых кроветворных клеток дифференцироваться в направлении лимфоцитов была показана с помощью хромосомного маркера. Летально облученным мышам внутривенно вводили костный мозг, содержащий Т6Тб маркерные хромосомы. Оказалось, что восстановление тимуса и лимфатических узлов идет за счет донорских клеток костного мозга, так как лимфоидные клетки несли Т6Т6 хромосомы.  
 
Таким образом, в организме существует полипотёнтная стволовая кроветворная клетка, способная дифференцироваться по всем росткам кроветворения и являющаяся единой для кроветворной и лимфоидной тканей.  
 
Стволовые кроветворные клетки составляют очень незначительную часть всей кроветворной ткани, но этого вполне достаточно для поддержания нормального гемопоэза. У мышей во взрослом организме КОЕс содержится: среди клеток костного мозга - одна на 1000 ядерных клеток, селезенки - одна на 10 000 клеток, периферической крови - одна на 100 000 клеток.  
 
В организме происходит миграция стволовых кроветворных клеток, в результате которой осуществляется постоянный обмен между различными участками кроветворной ткани. Возможно, вследствие такой миграции через периферическую кровь происходит расселение стволовых клеток и их близких потомков по разным кроветворным и лимфоидным органам, микроокружение которых может быть стимулом к началу дифференцировки в том или другом направлении.  
 
Известно, что степень миграции КОЕс увеличивается в период регенерации кроветворной ткани, а также после антигенной стимуляции. Некоторые авторы указывают на участие надпочечников в физиологической регуляции миграции стволовых клеток.  
 
При фракционировании клеток костного мозга в градиенте плотности сахарозы обнаружено, что клетки, способные восстанавливать кроветворение у облученных животных, находятся в легких слоях. В результате изучения фракции костного мозга, обогащенной КОЕс, сделано предположение, что претендент в стволовые клетки имеет морфологию малого лимфоцита, несколько отличающегося от лимфоцитов лимфатических узлов и грудного протока. Эта клетка диаметром 8-10 мкм с округлым или почкообразным гомогенным ядром, с 1-2 крупными ядрышками. При электронно-микроскопическом исследовании в цитоплазме обнаружены немногочисленные митохондрии и много свободных рибосом. Элементы пластинчатого комплекса, эндоплазматической сети, а также лизосомы видны не всегда.  
 
Оказалось, что размер стволовых клеток не является постоянным, а изменяется в зависимости от положения клетки в митотическом цикле. В норме пролиферативная активность стволовых кроветворных клеток невелика, большинство КОЕс находится в стадии Go, и только около 10% из них пролиферируют. В период восстановления кроветворения после облучения, действия цитостатиков, кровопотери и т. д. процент пролиферирующих клеток увеличивается до 50%. Интересно отметить, что после действия факторов, грозящих гибелью гемопоэзу, большинство покоящихся стволовых клеток немедленно вступает в митотический цикл.  
 
Пролиферация и дифференцировка КОЕс осуществляются только в кроветворных органах. У взрослых животных и человека основным органом кроветворения, в котором идут активные процессы гемопоэза, является красный костный мозг. Предполагается, что регуляция пролиферации и дифференцировки стволовых кроветворных клеток осуществляется местными факторами, т. е. специфическим микроокружением, действующим со стороны стромы кроветворных органов. О большой роли микроокружения в регуляции пролиферации и дифференцировки стволовых кроветворных клеток свидетельствует также пространственное распределение полипотентных стволовых клеток в бедренной кости у мышей, где число КОЕс возрастает от оси органа к его поверхности.  
 
При некоторых патологических состояниях очаги гемопоэза наблюдаются в необычных для кроветворения местах (в сердце, печени, лимфоидных органах). Предполагается, что это может быть связано с изменениями стромальных элементов, в результате которых стволовые клетки из кроветворной ткани заселяют несвойственные им органы.  
 
Интересно отметить, что способность образовывать колонии в селезенке облученных животных присуща не только стволовым кроветворным клеткам. Такой способностью обладают клетки мышиной лимфомы, которые при внутривенном введении летально облученным нормальным животным на 7-10-й день образуют селезеночные колонии, состоящие из злокачественных клеток. Число колоний зависит от числа эксплантированных клеток, и при больших исходных концентрациях происходит слияние колоний. Введение клеток одной колонии нормальным животным приводит их к гибели от лимфоматозной болезни. Клетки периферической крови мышей с миелолейкозом способны также восстанавливать кроветворение у облученных животных. В отличие от нормальных КОЕс злокачественные колониеобразующие клетки обладают способностью к неограниченному самоподдержанию, которая не истощается после нескольких повторных пассажей.  
 
Предполагается, что некоторые гематологические заболевания человека могут быть связаны с поражением полипотентной стволовой клетки. В частности, при гипопластической анемии длительное сохранение гипоплазии в костном мозге может быть следствием нарушения соотношения самообновления популяции стволовых клеток и выхода их в дифференцировку. В данном случае скорость самоподдержания, вероятно, отстает от темпа дифференцировки, результатом чего и является длительная гипоплазия.  
 
На основании некоторых работ можно предположить, что дефект стволовой кроветворной клетки иногда является причиной нейтропении у человека. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      Актуальность проблемы стволовых клеток не вызывает сомнений, ведь 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.

Список используемой литературы

1. Корочкин Л.И. Что такое стволовые клетки//Природа. – 2005. - №6.
2. Репин В.С. Медицинская клеточная биология / В.С. Репин, Г.Т. Сухих – М., 1998. – 280 с.
3. http://medicalhandbook.ru/
4. Белоконова О. Чудо клетка//Знание и наука – 2009. - № - 1.