Стовбурові клітини - типи, особливості, застосування

Стовбурові клітини з їх здатністю трансформуватися здаються чудовим засобом для боротьби з багатьма захворюваннями. Дізнайтеся, що таке стовбурові клітини, які хвороби в даний час використовуються для лікування стовбурових клітин та які перспективи розвитку терапії стовбуровими клітинами? Звідки береться скептицизм фахівців?

Стовбурові клітини мають здатність трансформуватися в клітини інших типів. Терапія стовбуровими клітинами, безумовно, є однією з найпривабливіших та найбільш перспективних концепцій сучасної медицини. Здавалося б, перелік їх медичних застосувань повинен бути нескінченним - відновлення пошкоджених тканин, вирощування органів заміщення ...

Однак факти бувають різні. Хоча витоки досліджень стовбурових клітин відбулися в 1960-х роках, поки що їх використання обмежується кількома чітко визначеними показаннями.

Існує багато ідей щодо використання стовбурових клітин, однак введення їх у клінічне застосування обмежується низкою факторів, серед яких на перший план висувається питання про безпеку цього виду терапії.

Що таке стовбурові клітини?

Стовбурові клітини необхідні для формування людського організму. На самих ранніх стадіях розвитку ембріон людини повністю складається із стовбурових клітин. З часом вони зазнають змін, породжуючи всі клітинні лінії, що складають людський організм.

Друга важлива роль стовбурових клітин - колонізувати деякі тканини зрілого організму і виконувати роль "сховища". За необхідності вони здатні трансформуватися в клітини даної тканини, які гинуть або пошкоджуються. Однак це можливо лише з певними тканинами.

Отже, стовбурові клітини - це ті клітини, які мають здатність трансформуватися в інші, більш спеціалізовані типи клітин.

Найважливішою особливістю стовбурових клітин, що відрізняє їх від інших клітин, є спосіб їх поділу.

Під час поділу стовбурова клітина може диференціюватися, тобто створювати дочірню клітину певного типу (наприклад, м’язову, нервову або епітеліальну клітини).

Існують різні типи стовбурових клітин, залежно від їх природи: одні можуть перетворюватися на будь-які дочірні клітини, тоді як інші здатні виробляти лише клітини, що складають певний тип тканини (про це нижче).

Друга важлива особливість стовбурових клітин також пов’язана з їх поділом. Під час формування дочірньої клітини батьківська клітина не зникає безслідно. У процесі поділу утворюється ще одна стовбурова клітина, ідентична «материнській клітині».

Таким чином, ефект поділу стовбурових клітин - це одна стовбурова клітина та одна спеціалізована дочірня клітина.

Цей механізм називається самообновленням. Завдяки їй стовбурові клітини не «зношуються» і не дозволяють розміру їх пулу зменшуватися.

Види стовбурових клітин

Як уже зазначалося, стовбурові клітини можуть перетворюватися в інші типи клітин, коли вони діляться. Чи може будь-яка стовбурова клітина тоді стати дочірньою? Ну ні.

Стовбурові клітини поділяються на чотири підгрупи, залежно від того, наскільки широкий спектр клітин може виникнути в результаті їх поділу.

Стовбурові клітини, які будують ембріон людини, можуть спричинити всі види клітинних ліній. У свою чергу, деякі стовбурові клітини, що населяють тканини дорослої людини, можуть перетворюватися лише на суворо визначений тип клітин, які будують дану тканину.

Поділ стовбурових клітин завдяки можливості створення різноманітних дочірніх клітин полягає в наступному:

• тотипотентні стовбурові клітини

Вони є клітинами з найширшим потенціалом диференціації і можуть трансформуватися в будь-які дочірні клітини. Тотипотентні клітини утворюють зиготу (клітину, що є результатом запліднення яйцеклітини спермою), і ембріон на самих ранніх стадіях його розвитку. З тотипотентних клітин можуть бути створені всі види клітин, що складають людський організм.

• плюрипотентні стовбурові клітини

Плюрипотентні клітини також можуть перетворюватися на багато типів клітин. Однак клітини плаценти є винятком. Плюрипотентні клітини утворюють т. Зв вузол ембріона, який є однією із структур, що утворилися в перший тиждень розвитку ембріона.

Читайте також: Розвиток плода: як розвивається плід тиждень за тижнем

Плюрипотентні клітини ембріонального вузла дають початок трьом т. Зв зародкові шари, з яких згодом розвиваються всі тканини нашого організму. Хоча назви зародкових шарів звучать дещо складно (ектодерма, мезодерма та ентодерма), утворені з них тканини відомі кожному.

Ектодерма виробляє шкіру та нервову систему, мезодерма формує кровоносну та кістково-м’язову системи, а ентодерма формує дихальну систему та більшу частину травної системи.

• мультипотентні стовбурові клітини

Мультипотентні клітини - це група стовбурових клітин з дещо вужчим потенціалом диференціації. Хоча вони все ще можуть виробляти кілька типів клітин, вони, як правило, є клітинами подібного типу. Флагманським прикладом клітин цієї підгрупи є мультипотентні клітини кісткового мозку, також відомі як гемопоетичні стовбурові клітини. Вони можуть трансформуватися в будь-які клітини крові, такі як еритроцити або різні типи лейкоцитів. Однак вони не здатні виробляти клітини, які будують інші тканини.

• уніпотентні стовбурові клітини

Цей тип клітин може стати лише одним типом дочки. Зазвичай уніпотентні клітини діють як резервуар для оновлення та відновлення тканин дорослої людини. Прикладом уніпотентних клітин є епідермальні стовбурові клітини, що містяться в шкірі людини.

Де можна отримати стовбурові клітини

Отримати стовбурові клітини в основному можливо двома способами.

Першим їх джерелом є зародок людини, з якого виділені так звані ембріональні стовбурові клітини. Це клітини тотипотентного або плюрипотентного характеру, а отже, здатні диференціюватися у всі типи тканин.

Називається другий тип стовбурових клітин соматичні стовбурові клітини (або «дорослі» стовбурові клітини). Цей тип клітин походить - як випливає з назви - з організму дорослої людини.

У звичайних умовах це клітини, які населяють різні органи

• кістковий мозок
• м’язи
• печінку
• шкіра
• кровоносні судини

У цих органах стовбурові клітини діють як резервуар, забезпечуючи можливість регенерації пошкоджених тканин.

Неважко здогадатися, що соматичні стовбурові клітини мають більш обмежений потенціал диференціації, ніж ембріональні стовбурові клітини. Клітини, що походять від дорослого організму, мультипотентні або уніпотентні, тобто вони можуть трансформуватися в клітини подібного типу або навіть лише в один тип дочірніх клітин.

Пошук і отримання соматичних стовбурових клітин у організмі дорослого людини є досить складною справою. Кількість таких клітин у тканинах дуже мала.

Отримавши їх, їх дуже важко вирощувати в лабораторних умовах, тому важко отримати більші кількості.

Поки що дорослі стовбурові клітини отримують лише з кількох джерел. Для гемопоетичних стовбурових клітин це:

• кістковий мозок
• периферична кров
• пуповинної крові

У свою чергу, з жирової тканини та кісткового мозку можна отримати т. Зв мезенхімальні стовбурові клітини. Вони можуть трансформуватися в різні типи тканин:

• кістка
• хрящовий
• м'язи
• жирний

Терапії із застосуванням мезенхімальних стовбурових клітин все ще перебувають на стадії досліджень - їх безпека та ефективність дотепер не підтверджені.

Варто згадати ще про один тип стовбурових клітин, який є своєрідним гібридом двох згаданих вище. Це називається індуковані плюрипотентні стовбурові клітини.

Це стовбурові клітини, отримані з дорослого організму, які були перепрограмовані в лабораторії для надання їм характеристик статевих клітин.

Сучасне використання стовбурових клітин

Оскільки ми вже знаємо типи та можливості диференціації стовбурових клітин, залишається питання - які з них та як вони використовуються в медицині?

• ембріональні стовбурові клітини

Ембріональні стовбурові клітини не схвалені для будь-якого виду терапії. Чому? Ось кілька причин.

По-перше, їх використання передбачає етичні дилеми. Ембріональні стовбурові клітини отримують із ембріонів, призначених для дослідницьких цілей, найчастіше створених під час процедур запліднення in vitro. Етичні проблеми є одним із факторів, що обмежують хід досліджень стовбурових клітин, отриманих таким чином.

Друга перешкода на шляху використання статевих клітин - чисто наукова. Це клітини з великим потенціалом диференціювання, які можуть трансформуватися в будь-які дочірні клітини. Наразі не знайдено жодного методу контролю їх поведінки.

Зародкові стовбурові клітини після імплантації в організм людини утворюють пухлини, що складаються з різних, довільно розташованих клітин. Ці типи пухлин називаються тератомами (лат. Teratoma). Ми постійно шукаємо способи спрямувати статеві клітини таким чином, щоб вони трансформувались у потрібну тканину.

Застосування ембріональних стовбурових клітин також пов'язане з ризиком відторгнення - вони становлять чужорідний матеріал (подібно до трансплантації органів від неспорідненого донора).

Ризик набагато менший при використанні дорослих стовбурових клітин, які передає і отримує той самий пацієнт. Ця процедура називається аутологічною трансплантацією.

• дорослі стовбурові клітини

Хоча використання дорослих стовбурових клітин також пов'язане з багатьма обмеженнями, до цього часу в медицині застосовується лише цей тип стовбурових клітин. Отримання стовбурових клітин дорослих не вимагає культури ембріонів, тому це ставить набагато менше моральних дилем. Дорослі стовбурові клітини використовуються в наступних видах терапії:

• трансплантація гемопоетичних стовбурових клітин

На сьогодні трансплантація гемопоетичних стовбурових клітин є єдиною рутинною терапією стовбуровими клітинами, яка успішно застосовується у всьому світі. Так звані трансплантація кісткового мозку - це метод лікування багатьох гематологічних захворювань.

По-перше, їх застосовують у пацієнтів з первинними імунодефіцитами, тобто спадковими порушеннями імунної системи. Пересадка кісткового мозку часто є єдиним способом для них отримати нормально функціонуючі імунні клітини.

Друга група пацієнтів, яким може знадобитися трансплантація гемопоетичних стовбурових клітин, - це ті, у кого кістковий мозок пошкоджений, наприклад, в результаті агресивного протиракового лікування.

Така ситуація може бути бажаною у випадку раку крові (наприклад, лейкемії), де метою терапії є руйнування системи кровотворення, покритої неопластичним процесом, та її подальша реконструкція за допомогою імплантованих стовбурових клітин.

• обробка великих ран із використанням епідермальних стовбурових клітин

Епідермальні стовбурові клітини є одним із способів загоєння великомасштабних ран, таких як опіки.

Вся процедура полягає в наступному: спочатку епідермальні стовбурові клітини збираються з фрагмента здорової шкіри пацієнта.

Потім ці клітини піддають лабораторному культивуванню в умовах, що забезпечують їх інтенсивне розмноження.

Отримавши відповідну кількість клітин, їх кладуть на поверхню рани.

Додатковою перевагою терапії є те, що організм пацієнта не може відкинути таку «пов'язку» - вона була зроблена з власних клітин.

• офтальмологічне лікування із застосуванням рогівкових лімбальних стовбурових клітин

Інша терапія із застосуванням стовбурових клітин була затверджена порівняно недавно. Це препарат, що містить рогові лімбальні стовбурові клітини, що дозволяють реконструювати епітелій рогівки (передній, зовнішній шар очного яблука).

Як і в попередньому випадку, "джерелом" клітин є сам пацієнт, а точніше його здорове око.

Після збору стовбурових клітин їх розмножують у лабораторії, а потім вводять в уражене око. Показанням до застосування терапії є дефіцит рогівкових стовбурових клітин, наприклад, через пошкодження хімічною речовиною.

Майбутнє стовбурових клітин

Наведений текст узагальнює сучасне та, як бачите, дуже обмежене використання стовбурових клітин у медицині.

Дослідження в цій галузі складні, і стовбурові клітини все ще ставлять більше запитань, ніж відповідей.

Час від часу у науковому світі з’являється інформація про новаторські відкриття, пов’язані з ними, але, на жаль, у багатьох випадках виявляється, що опубліковані результати досліджень не відповідають дійсності.

Так було, наприклад, у випадку гучної спроби імплантації стовбурових клітин кісткового мозку в постінфарктний рубець серцевого м’яза. Нібито позитивні результати такої терапії викликали лавину подальших випробувань в інших клінічних центрах, але всі експерименти врешті закінчились безуспішно.

Для успішного та безпечного використання стовбурових клітин у медицині все ще потрібні багаторічні дослідження.

Вчені постійно намагаються дізнатися більше про незвичні механізми їх функціонування.

Які фактори впливають на процес диференціації стовбурових клітин?

Чи можна керувати цим процесом?

Що робити, щоб мати можливість ефективно їх примножувати?

Які з нині невиліковних хвороб справді мають шанс вилікуватися за допомогою цієї терапії?

Ці та багато інших питань постійно досліджуються.

Тут варто згадати, що, хоча терапевтичне використання стовбурових клітин обмежене, вони корисні в інших областях медицини.

Одним із прикладів є дослідження новоутворених процесів. Стовбурові клітини дозволяють моделювати такий процес у лабораторних умовах, а потім перевіряти на них потенційну терапію (наприклад, нові протипухлинні препарати).

Поточні дослідження стовбурових клітин відповідають, наприклад, застосуванню до:

• нейродегенеративні захворювання (наприклад, хвороба Альцгеймера)
• травми спинного мозку
• травми опорно-рухового апарату

нарешті, спроби реконструювати цілі органи (наприклад, підшлункову залозу при цукровому діабеті I типу).

Ми повинні пам’ятати, що стовбурові клітини не є лікувальними засобами, і що кожна потенційна заявка досліджується незалежно та повинна пройти серію клінічних випробувань перед затвердженням.

Нарешті, варто також застерегти від "клінік", які пропонують терапію стовбуровими клітинами без дозволу.

Такі типи експериментів у кращому випадку втрачають гроші, а в гіршому - своє здоров’я і навіть життя.

Бібліографія:

1. "Дорослі стовбурові клітини: надії та ажіотаж регенеративної медицини" J. Dulak et.al. Acta Biochimica Polonica, том 62, No 3/2015, 329–337
2. "Біологія стовбурових клітин: огляд" P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). 2011 вересень; 1 (3): 63–67.
3. "Стовбурові клітини на рогівці" Герценберг AJ, Фундербург JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25-41
4. "Стовбурові клітини при регенерації шкіри, загоєнні ран та їх клінічне застосування" Ojeh N. et.al. Int J Mol Sci. 2015 23 жовтня; 16

Про автора

Кшиштоф Бяложи Студент медичного факультету Collegium Medicum у Кракові, повільно потрапляючи у світ постійних викликів роботи лікаря. Її особливо цікавлять гінекологія та акушерство, педіатрія та медицина способу життя. Любитель іноземних мов, подорожей та гірських походів.

Прочитайте більше статей цього автора