Стволовые клетки: что это такое и как их применяют

Что такое стволовые клетки

Стволовые клетки – первичные, неспециализированные клетки, служащие строительным материалом для различных органов и тканей. Это самый ранний тип клеток, который появляется при зародышевом развитии организма. Впрочем, стволовые клетки сохраняются в организме и во взрослом возрасте.

Стволовые клетки поддерживают свою численность с помощью деления и способны по мере необходимости  дифференцироваться (превращаться) в различные типы клеток. Но не все они абсолютно универсальны. Название «стволовые клетки» применяется к целому классу клеток, которые могут быть совершенно недифференцированы (этот тип клеток встречается на ранних стадиях развития зародыша) или дифференцированы частично.

С возрастом количество стволовых клеток в организме человека снижается. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения, тяжелых заболеваний или вредных привычек лишает организм возможности самовосстановления. Из-за этого может нарушаться функционирование тех или иных органов.

Как получают стволовые клетки?

Существует несколько источников стволовых клеток человека и животных. Это костный мозг; жировая ткань; периферическая кровь, пуповинная кровь (забор стволовых клеток пуповинной крови производится только в момент рождения ребенка) и ткань пуповины. Кроме того, стволовые клетки получают из плодного материала после аборта. Такие фетальные стволовые клетки являются смесью стволовых клеток разной степени дифференциации — мультипотентных и унипотентных.

На стволовые клетки, как и на все прочие, распространяется проблема иммунной совместимости тканей. Иными словами, использование клеток донора вызывает тот же набор проблем, что и во всей трансплантологии – отторжение организмом реципиента. Используются те же методы его преодоления: забор клеток от близких родственников, подавление иммунного ответа. Это сдерживает продвижение технологий на основе стволовых клеток.

В связи с этим, большой интерес представляют работы по созданию стволовых клеток, «невидимых» для иммунной системы организма. Эти работы ведутся сейчас во многих странах, сразу по нескольким направлениям.

Универсальность стволовых клеток

Как уже было сказано, стволовые клетки, увы, не универсальны. Сразу после оплодотворения, когда эмбрион состоит только из 1 или 2 клеток, клетки являются тотипотентными, то есть, отдельно взятая клетка способна воспроизвести весь эмбрион, а также сопровождающие его плаценту и пуповину.

Во время последующих раундов деления клетки быстро теряют эту пластичность и становятся плюрипотентными. На стадии бластоцисты (около тридцати клеток) так называемые «эмбриональные стволовые клетки» могут дифференцироваться в любую ткань, но уже не могут воспроизвести весь плод. Затем плюрипотентные клетки продолжают специализироваться и формировать различные ткани тела посредством процесса, называемого клеточной дифференцировкой.

Поэтому еще одним важным направлением технологии стволовых клеток стало обратное перепрограммирование более дифференцированных клеток в менее дифференцированные, вплоть до плюрипотентных и тотипотентных клеток. Создание тотипотентных клеток важно для клонирования животных, и, возможно, людей. Такие «обратные» клетки, получаемые в результате достаточно сложных процедур, называют индуцированными стволовыми клетками.

Стволовые клетки взрослого организма, в частности, взрослого человека, еще более специализированы. Они разделяются на гемопоэтические (кроветворные) и мезенхимальные (стромальные) — способные превращаться в клетки костной, хрящевой, соединительной ткани, а также формировать элементы кровеносных сосудов.

Применение стволовых клеток

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) образуют разнообразие клеток крови, определяющих иммунитет, борющихся с инфекциями, переносящих кислород и участвующих в процессах свертывания крови. История клинического применения гемопоэтических стволовых клеток началась более 60 лет назад, и сейчас трансплантация гемопоэтических стволовых клеток — метод первого выбора при лечении гематологических, некоторых онкологических и ряда иммунологических и наследственных заболеваний. Гемопоэтические стволовые клетки можно получить из костного мозга, периферической крови (после введения специальных препаратов) и пуповинной крови.

Даже если найден донор костного мозга (что само по себе очень сложная задача, особенно в Украине, где нет базы доноров костного мозга), трансплантация донорской пуповинной крови предпочтительнее – она снижает риски отторжения. По этой причине пуповинная кровь становится все более востребованным источником гемопоэтических стволовых клеток для трансплантации. Еще лучше трансплантация собственной пуповинной крови пациента, забранной при рождении и сохраненной в замороженном состоянии. Для этого должен быть создан банк пуповинной крови (в Украине есть как минимум один такой, на базе частной клиники).

Существует также метод аутогенной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток — когда забор клеток производится у взрослого пациента и ему же пересаживается после определенных процедур. Например, этот метод применяется в онкогематологии: у пациента берут из вены кровь, из которой затем выделяют стволовые клетки; пациент переносит высокодозовую химиотерапию, которая убивает вместе с раком и клетки крови (тромбоциты, лейкоциты и пр); наконец, пациенту делают аутогенную трансплантацию (фактические переливание) его собственных стволовых клеток, чтобы из них быстро сформировались новые клетки крови.

Мезенхимальные стволовые клетки, помимо способности воспроизводить различные типы тканей, синтезируют большой набор биологически активных веществ, с помощью которых могут изменять поведение других типов клеток, например, клеток иммунной системы.

Такие возможности мезенхимальных стволовых клеток сделали их востребованным источником для регенеративной терапии: для восстановления тканей при обширных травмах мышц и костей, язвах и ожогах, для профилактики и/или лечения реакции иммунного отторжения, при лечении иммунной системы, сердечно-сосудистой системы, дегенеративных процессов в хрящевой ткани и в реконструктивной стоматологии.

В качестве основных источников получения мезенхимальных стволовых клеток выступают костный мозг, жировая ткань и ткани пуповины. В отличие от костного мозга и жировой ткани, мезенхимальные стволовые клетки пуповины – это молодые клетки, не подвергавшиеся действию негативных факторов внешней среды и поэтому обладающие высокой функциональной активностью. Кроме того, из поповинной крови их можно получить безболезненно и безопасно.

Способность мезенхимальных стволовых клеток выступать в роли «фабрики» биологически активных веществ, а не только в качестве строительного материала тканей, открывает возможности их применения для омоложения и поднятия общего тонуса организма. При этом возможно применение и нечеловеческих стволовых клеток, включая растительные.

У растительных клеток есть удивительная особенность — они в любой момент могут из дифференцированных превратиться в недифференцированные. Это происходит при повреждении растений. Там, где ветка или ствол повреждены, образуется так называемая каллусная ткань, богатая гормонами и другими биологически активными веществами, необходимыми для роста и заживаления. Именно клетки каллусной ткани, условно называмее стволовыми растительными клетками, используют в косметике. Причем свойства этих клеток и их влияние на кожу зависят от свойств растения. В данный момент методами биотехнологии получают и используют в косметологии стволовые клетки центеллы азиатской, эдельвейса, эхинацеи, некоторых сортов винограда и пр.

Растительные стволовые клетки дают меньше побочных эффектов, чем животные.

Читайте также:

Что такое высокий и низкий болевой порог?

Что такое аминокислоты и зачем они нужны?