Стволовые клетки: Источники, типы и виды использования

19 апреля 2019
Стволовые клетки: Источники, типы и виды использования

Стволовые клетки: Источники, типы и виды использования

Что такое стволовые клетки и что они делают?

Стволовые клетки — это недифференцированные клетки, которые могут превращаться в специфические клетки по мере необходимости для организма.

Ученые и врачи интересуются стволовыми клетками, так как они помогают объяснить, как работают некоторые функции организма, и как они иногда работают неправильно.

Стволовые клетки также являются перспективными для лечения некоторых заболеваний, которые в настоящее время не поддаются лечению.

Источники стволовых клеток

Стволовые клетки происходят из двух основных источников: ткани взрослого тела и эмбрионы. Ученые также разрабатывают способы получения стволовых клеток из других клеток с использованием методов генетического «репрограммирования».

Взрослые стволовые клетки

Организм человека содержит стволовые клетки на протяжении всей жизни. Организм может использовать эти стволовые клетки, когда ему это необходимо.

Клетки находятся в неспецифическом состоянии, но они более специализированные, чем эмбриональные стволовые клетки. Они остаются в этом состоянии до тех пор, пока тело не будет нуждаться в них для конкретной цели, скажем, в качестве кожных или мышечных клеток.

Повседневная жизнь означает, что организм постоянно обновляет свои ткани. В некоторых частях тела, таких как кишечник и костный мозг, стволовые клетки регулярно делятся для производства новых тканей тела для поддержания и восстановления.

Стволовые клетки присутствуют внутри различных типов тканей. Ученые обнаружили стволовые клетки в тканях, в том числе:

  • мозг
  • костный мозг
  • кровеносные и кровеносные сосуды
  • скелетные мышцы
  • кожица
  • печень

Тем не менее, стволовые клетки могут быть трудно найти. Они могут оставаться неразделимыми и неспецифичными в течение многих лет, пока организм не вызовет их для восстановления или выращивания новых тканей.

Взрослые стволовые клетки могут делиться или возобновляться бесконечно долго. Это означает, что они могут генерировать различные типы клеток из исходного органа или даже полностью регенерировать исходный орган.

Такое деление и регенерация — это то, как заживает кожная рана или как такой орган, как печень, например, может восстановиться после повреждения.

В прошлом ученые считали, что взрослые стволовые клетки могут дифференцироваться только по тканям их происхождения. Тем не менее, некоторые данные свидетельствуют о том, что они могут дифференцироваться и в другие типы клеток.

Стволовые клетки эмбриона

С самой ранней стадии беременности, после того как сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, образуется эмбрион.

Примерно через 3-5 дней после того, как сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, эмбрион принимает форму бластоцисты или клеточного шарика.

Бластоциста содержит стволовые клетки, которые затем имплантируются в матку. Эмбриональные стволовые клетки происходят из бластоцисты, возраст которой 4-5 дней.

Когда ученые берут стволовые клетки у эмбрионов, это, как правило, дополнительные эмбрионы, получаемые в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).

В клиниках ЭКО врачи оплодотворяют несколько яиц в пробирке, чтобы убедиться, что хотя бы одна из них выжила. Затем они имплантируют ограниченное количество яиц, чтобы начать беременность.

Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, эти клетки объединяются в одну клетку, называемую зиготой.

Затем эта одноклеточная зигота начинает делиться, образуя 2, 4, 8, 16 клеток и так далее. Теперь это эмбрион.

Вскоре, а до установки эмбрионов в матку, эта масса около 150-200 клеток является бластоцистой. Бластоциста состоит из двух частей:

  • внешнюю клеточную массу, которая становится частью плаценты.
  • внутреннюю клеточную массу, которая будет развиваться в человеческое тело.

Внутренняя клеточная масса — это место нахождения эмбриональных стволовых клеток. Ученые называют эти тучные клетки. Термин тотипотент относится к тому факту, что они обладают общим потенциалом для развития в любую клетку организма.

При правильной стимуляции клетки могут стать клетками крови, клетками кожи и всеми другими типами клеток, необходимыми организму.

На ранних сроках беременности стадия бластоцисты продолжается в течение примерно 5 дней до установки эмбриональных имплантатов в матку или матку. На этом этапе стволовые клетки начинают дифференцироваться.

Эмбриональные стволовые клетки могут дифференцироваться в большее количество типов клеток, чем взрослые стволовые клетки.

Мезенхимальные стволовые клетки (МСК)

МСК поступают из соединительной ткани или стромы, которая окружает органы и другие ткани организма.

Ученые использовали МСК для создания новых тканей тела, таких как кости, хрящи и жировые клетки. Однажды они могут сыграть определенную роль в решении широкого круга проблем со здоровьем.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПС)

Ученые создают их в лаборатории, используя клетки кожи и другие тканеспецифические клетки. Эти клетки ведут себя так же, как эмбриональные стволовые клетки, поэтому они могут быть полезны для разработки ряда методов лечения.

Однако необходимы дальнейшие исследования и разработки.

Для выращивания стволовых клеток ученые сначала отбирают образцы взрослой ткани или эмбриона. Затем они помещают эти клетки в контролируемую культуру, где они будут делить и размножаться, но не будут специализироваться дальше.

Стволовые клетки, которые делятся и размножаются в контролируемой культуре, называются линией стволовых клеток.

Исследователи управляют и совместно используют линии стволовых клеток для различных целей. Они могут стимулировать специализацию стволовых клеток. Этот процесс известен как направленная дифференциация.

До сих пор гораздо легче выращивать большое количество эмбриональных стволовых клеток, чем взрослые стволовые клетки. Однако ученые добиваются прогресса в работе с обоими типами клеток.

Типы стволовых клеток

Исследователи классифицируют стволовые клетки в соответствии с их способностью дифференцироваться в другие типы клеток.

Эмбриональные стволовые клетки являются самыми мощными, так как их задача — стать клетками любого типа в организме.

Полная классификация включает в себя:

Топотент: Эти стволовые клетки могут дифференцироваться во все возможные типы клеток. Первые несколько клеток, которые появляются в виде зиготы, начинают делиться, являются тотипотентными.

Плюрипотент: Эти клетки могут превратиться практически в любую клетку. Клетки от раннего эмбриона плюрипотентны.

Мультипотентный: Эти клетки могут дифференцироваться в близкое семейство клеток. Взрослые кроветворные стволовые клетки, например, могут стать эритроцитами или тромбоцитами.

Олигопотент: Они могут различаться на несколько различных типов клеток. Это могут сделать взрослые лимфоидные или миелоидные стволовые клетки.

Унипотент: Они могут производить только клетки одного вида, который является их собственным типом. Тем не менее, они все еще являются стволовыми клетками, потому что могут обновляться сами. В качестве примера можно привести взрослые стволовые клетки мышц.

Эмбриональные стволовые клетки считаются плюрипотентными, а не тотипотентными, поскольку не могут стать частью внеэмбриональных мембран или плаценты.

Стволовые клетки сами по себе не служат одной цели, но важны по нескольким причинам.

Во-первых, при правильной стимуляции многие стволовые клетки могут взять на себя роль любого типа клеток, и они могут регенерировать поврежденные ткани, при правильных условиях.

Этот потенциал может спасти жизни или восстановить раны и повреждения тканей людей после болезни или травмы. Ученые видят множество возможностей применения стволовых клеток.

Регенерация тканей

Регенерация тканей, вероятно, является наиболее важным использованием стволовых клеток.

Например, до сих пор человеку, нуждающемуся в новой почке, приходилось ждать донора, а затем пересаживаться.

Донорских органов не хватает, но, давая указания стволовым клеткам дифференцироваться определенным образом, ученые могут использовать их для выращивания определенного типа ткани или органа.

Например, врачи уже использовали стволовые клетки, расположенные непосредственно под поверхностью кожи, для создания новой ткани. Затем они могут восстановить серьезные ожоги или другие травмы, привив эту ткань к поврежденной коже, и новая кожа вырастет обратно.

Лечение сердечно-сосудистых заболеваний

В 2013 году команда исследователей из Массачусетской больницы сообщила в раннем выпуске PNAS, что они создали кровеносные сосуды в лабораторных мышах, используя стволовые клетки человека.

В течение 2 недель после имплантации стволовых клеток сформировалась сеть кровеносных сосудов. Качество этих новых кровеносных сосудов было таким же хорошим, как и близлежащие природные сосуды.

Авторы надеялись, что такой метод в конечном итоге поможет в лечении людей с сердечно-сосудистыми и сосудистыми заболеваниями.

Лечение заболеваний мозга

Врачи могут однажды использовать замещающие клетки и ткани для лечения заболеваний мозга, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

В Паркинсоне, например, повреждение клеток мозга приводит к неконтролируемым мышечным движениям. Ученые могут использовать стволовые клетки для восполнения поврежденной ткани мозга. Это может вернуть специализированные клетки мозга, которые остановят неконтролируемые мышечные движения.

Исследователи уже пробовали дифференцировать эмбриональные стволовые клетки в эти типы клеток, поэтому лечение является перспективным.

Клеточно-дефицитная терапия

Ученые надеются, что однажды они смогут развить здоровые клетки сердца в лаборатории, которую они смогут пересадить людям с заболеваниями сердца.

Эти новые клетки могут восстановить повреждение сердца за счет репопуляции сердца здоровой тканью.

Аналогичным образом, люди с диабетом I типа могут получать панкреатические клетки для замены инсулиновых клеток, выработавших инсулин, которые были утрачены или разрушены их собственной иммунной системой.

В настоящее время единственным методом лечения является пересадка поджелудочной железы, и для пересадки доступно очень мало поджелудочной железы.

Лечение заболеваний крови

В настоящее время врачи регулярно используют взрослые кроветворные стволовые клетки для лечения таких заболеваний, как лейкемия, серповидноклеточная анемия и другие проблемы иммунодефицита.

Гемопоэтические стволовые клетки встречаются в крови и костном мозге и могут вырабатывать все группы клеток крови, включая эритроциты, которые несут кислород и лейкоциты, борющиеся с заболеваниями.

Пожертвование или сбор стволовых клеток

Люди могут пожертвовать стволовые клетки, чтобы помочь близкому человеку, или, возможно, для собственного использования в будущем.

Пожертвования могут поступать из следующих источников:

Костный мозг: Эти клетки принимают под общим обезболивающим средством, обычно из тазобедренного или тазового сустава. Технические специалисты затем изолируют стволовые клетки от костного мозга для хранения или донорства.

Периферийные стволовые клетки: Человек получает несколько инъекций, которые вызывают высвобождение стволовых клеток костного мозга в кровь. Затем кровь удаляется из организма, стволовые клетки отделяются с помощью аппарата, и врачи возвращают кровь в организм.

Пуповинная кровь: Стволовые клетки могут быть собраны из пуповины после родов, не причиняя вреда ребенку. Некоторые люди сдают пуповинную кровь, а другие хранят ее.

Уборка стволовых клеток может быть дорогостоящей, но преимущества для будущих потребностей включают в себя:

  • стволовые клетки легкодоступны.
  • меньше шансов, что пересаженная ткань будет отвергнута, если она поступает из собственного тела реципиента.

Исследования и научные открытия

Стволовые клетки полезны не только в качестве потенциальной терапии, но и в исследовательских целях.

Например, ученые обнаружили, что включение или выключение того или иного гена может привести к его дифференциации. Знание этого помогает им исследовать, какие гены и мутации вызывают какие последствия.

Вооруженные этими знаниями, они могут обнаружить причины широкого спектра заболеваний и состояний, некоторые из которых еще не излечимы.

Аномальное деление и дифференцировка клеток являются причиной возникновения таких заболеваний, как рак и врожденные пороки развития, которые возникают при рождении. Знание причин неправильного деления клеток может привести к излечению.

Стволовые клетки также могут помочь в разработке новых лекарств. Вместо того чтобы тестировать лекарства на добровольцах, ученые могут оценить, как лекарство влияет на нормальную, здоровую ткань, протестировав его на ткани, выращенные из стволовых клеток.

Видео Что такое стволовые клетки?

Спор

Возникли некоторые разногласия по поводу исследований стволовых клеток. В основном это касается работы с эмбриональными стволовыми клетками.

Использование эмбрионов для стволовых клеток

Аргумент против использования эмбриональных стволовых клеток заключается в том, что они разрушают бластоцисту человека, а оплодотворенная яйцеклетка не может развиться в человека.

В настоящее время исследователи ищут способы создания или использования стволовых клеток, не содержащих эмбрионов.

Смешивание людей и животных

Исследования стволовых клеток часто включают в себя введение человеческих клеток в организм животных, таких как мыши или крысы. Некоторые люди утверждают, что это может создать организм, который является частью человека.

В некоторых странах производство эмбриональных стволовых клеток запрещено законом. В Соединенных Штатах ученые могут создавать линии эмбриональных стволовых клеток или работать с ними, однако использование федеральных средств для исследования линий стволовых клеток, созданных после августа 2001 года, является незаконным.

Терапия стволовыми клетками и регулирование FDA

Некоторые люди уже предлагают «лечение стволовыми клетками» для целого ряда целей, таких как антивозрастное лечение.

Однако большинство этих видов использования не одобрено Управлением США по контролю за продуктами питания и лекарствами (FDA). Некоторые из них могут быть незаконными, а некоторые опасными.

Любой, кто рассматривает возможность лечения стволовыми клетками, должен проверить у поставщика или FDA, что препарат одобрен, и что он был произведен в соответствии со стандартами FDA по безопасности и эффективности.