Что такое стволовые клетки и для чего они нужны?
Клетки в организме имеют определенные цели, но стволовые клетки - это клетки, которые еще не играют определенной роли и могут стать практически любой необходимой клеткой.
Стволовые клетки - это недифференцированные клетки, которые могут превращаться в определенные клетки, когда они нужны организму.
Ученые и врачи интересуются стволовыми клетками, поскольку они помогают объяснить, как работают некоторые функции организма и почему они иногда не работают.
Стволовые клетки также перспективны для лечения некоторых неизлечимых болезней.
Источники стволовых клеток
Стволовые клетки происходят из двух основных источников: тканей взрослого организма и эмбрионов. Ученые также работают над способами получения стволовых клеток из других клеток, используя методы генетического «перепрограммирования».
Взрослые стволовые клетки
Стволовые клетки могут превратиться в клетки любого типа, прежде чем они станут дифференцированными.
В организме человека на протяжении всей жизни содержатся стволовые клетки. Организм может использовать эти стволовые клетки всякий раз, когда они ему нужны.
Взрослые стволовые клетки, также называемые тканеспецифическими или соматическими стволовыми клетками, существуют во всем организме с момента развития эмбриона.
Клетки находятся в неспецифическом состоянии, но они более специализированы, чем эмбриональные стволовые клетки. Они остаются в этом состоянии до тех пор, пока они не понадобятся организму для определенной цели, например, в качестве клеток кожи или мышц.
Повседневная жизнь означает, что тело постоянно обновляет свои ткани. В некоторых частях тела, таких как кишечник и костный мозг, стволовые клетки регулярно делятся, чтобы произвести новые ткани тела для поддержания и восстановления.
Стволовые клетки присутствуют в разных типах тканей. Ученые обнаружили стволовые клетки в тканях, в том числе:
- мозг
- Костный мозг
- кровь и кровеносные сосуды
- скелетные мышцы
- кожа
- печень
Однако стволовые клетки бывает сложно найти. Они могут оставаться неделящимися и неспецифическими в течение многих лет, пока организм не призовет их для восстановления или роста новой ткани.
Взрослые стволовые клетки могут делиться или самообновляться бесконечно. Это означает, что они могут генерировать различные типы клеток из исходного органа или даже полностью регенерировать исходный орган.
Это разделение и регенерация - это то, как заживает кожная рана или как такой орган, как печень, например, может восстанавливаться после повреждения.
В прошлом ученые полагали, что взрослые стволовые клетки могут дифференцироваться только в зависимости от ткани их происхождения. Однако теперь некоторые данные свидетельствуют о том, что они могут дифференцироваться, чтобы стать и другими типами клеток.
Эмбриональные стволовые клетки
С самого раннего срока беременности, после того, как сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, формируется эмбрион.
Примерно через 3-5 дней после того, как сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, эмбрион принимает форму бластоцисты или шара из клеток.
Бластоциста содержит стволовые клетки и позже имплантируется в матку. Эмбриональные стволовые клетки происходят из бластоцисты возрастом 4–5 дней.
Когда ученые берут стволовые клетки из эмбрионов, это обычно дополнительные эмбрионы, полученные в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).
В клиниках ЭКО врачи оплодотворяют несколько яйцеклеток в пробирке, чтобы убедиться, что хотя бы одна выживает. Затем они имплантируют ограниченное количество яйцеклеток, чтобы начать беременность.
Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, эти клетки объединяются, образуя единую клетку, называемую зиготой.
Затем эта одноклеточная зигота начинает делиться, образуя 2, 4, 8, 16 клеток и так далее. Теперь это эмбрион.
Вскоре, еще до имплантации эмбриона в матку, эта масса примерно из 150–200 клеток является бластоцистой. Бластоциста состоит из двух частей:
- внешняя клеточная масса, которая становится частью плаценты
- внутренняя клеточная масса, которая разовьется в человеческое тело
Во внутренней клеточной массе находятся эмбриональные стволовые клетки. Ученые называют эти клетки тотипотентными. Термин тотипотент относится к тому факту, что они обладают полным потенциалом развиваться в любую клетку тела.
При правильной стимуляции клетки могут стать клетками крови, клетками кожи и всеми другими типами клеток, в которых нуждается организм.
На ранних сроках беременности стадия бластоцисты продолжается около 5 дней до имплантации эмбриона 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 происходят из соединительной ткани или стромы, окружающей органы и другие ткани тела.
Ученые использовали МСК для создания новых тканей тела, таких как кости, хрящи и жировые клетки. Однажды они могут сыграть роль в решении широкого круга проблем со здоровьем.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS)
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 дополнительные исследования и разработки.
Чтобы вырастить стволовые клетки, ученые сначала извлекают образцы из взрослой ткани или эмбриона. Затем они помещают эти клетки в контролируемую культуру, где они будут делиться и воспроизводиться, но не будут специализироваться дальше.
Стволовые клетки, которые делятся и воспроизводятся в контролируемой культуре, называются линией стволовых клеток.
Исследователи управляют линиями стволовых клеток и используют их для разных целей. Они могут стимулировать стволовые клетки к определенной специализации. Этот процесс известен как направленная дифференциация.
До сих пор было легче вырастить большое количество эмбриональных стволовых клеток, чем взрослые стволовые клетки. Однако ученые добиваются прогресса с обоими типами клеток.
Типы стволовых клеток
Исследователи классифицируют стволовые клетки в зависимости от их способности дифференцироваться в другие типы клеток.
Эмбриональные стволовые клетки являются наиболее мощными, поскольку их задача - стать всеми типами клеток в организме.
Полная классификация включает:
Тотипотент: эти стволовые клетки могут дифференцироваться во все возможные типы клеток. Первые несколько клеток, которые появляются, когда зигота начинает делиться, тотипотентны.
Плюрипотентные: эти клетки могут превращаться практически в любую клетку. Клетки раннего эмбриона плюрипотентны.
Мультипотентные: эти клетки могут дифференцироваться в близкородственное семейство клеток. Например, взрослые гемопоэтические стволовые клетки могут стать эритроцитами и лейкоцитами или тромбоцитами.
Олигопотентные: они могут дифференцироваться в несколько разных типов клеток. Взрослые лимфоидные или миелоидные стволовые клетки могут это сделать.
Унипотентные: они могут производить клетки только одного типа, то есть их собственный тип. Однако они по-прежнему являются стволовыми клетками, потому что могут обновляться. Примеры включают взрослые мышечные стволовые клетки.
Эмбриональные стволовые клетки считаются плюрипотентными, а не тотипотентными, потому что они не могут стать частью внеэмбриональных мембран или плаценты.
Использует
Сами стволовые клетки не служат какой-либо одной цели, но важны по нескольким причинам.
Во-первых, при правильной стимуляции многие стволовые клетки могут взять на себя роль клеток любого типа и при правильных условиях регенерировать поврежденную ткань.
Этот потенциал может спасти жизни или восстановить раны и повреждения тканей у людей после болезни или травмы. Ученые видят множество возможных применений стволовых клеток.
Регенерация тканей
Регенерация тканей, вероятно, является наиболее важным применением стволовых клеток.
До сих пор человеку, которому, например, требовалась новая почка, приходилось ждать донора, а затем делать трансплантацию.
Существует нехватка донорских органов, но, давая указание стволовым клеткам дифференцироваться определенным образом, ученые могут использовать их для выращивания определенного типа ткани или органа.
Например, врачи уже использовали стволовые клетки из-под поверхности кожи для создания новой кожной ткани. Затем они могут вылечить тяжелый ожог или другую травму, пересадив эту ткань на поврежденную кожу, и новая кожа вырастет снова.
Лечение сердечно-сосудистых заболеваний
В 2013 году группа исследователей из Массачусетской больницы общего профиля сообщила в PNAS Раннее издание что они создали кровеносные сосуды у лабораторных мышей, используя человеческие стволовые клетки.
В течение 2 недель после имплантации стволовых клеток сформировалась сеть кровеносных сосудов. Качество этих новых кровеносных сосудов было не хуже ближайших естественных.
Авторы надеялись, что этот тип техники в конечном итоге может помочь в лечении людей с сердечно-сосудистыми и сосудистыми заболеваниями.
Лечение заболеваний головного мозга
В один прекрасный день врачи смогут использовать замещающие клетки и ткани для лечения заболеваний головного мозга, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера.
Например, при болезни Паркинсона повреждение клеток мозга приводит к неконтролируемым мышечным движениям. Ученые могли использовать стволовые клетки для восстановления поврежденной мозговой ткани. Это может вернуть специализированные клетки мозга, которые останавливают неконтролируемые движения мышц.
Исследователи уже пытались дифференцировать эмбриональные стволовые клетки на эти типы клеток, поэтому лечение является многообещающим.
Терапия клеточной недостаточности
Ученые надеются, что однажды в лаборатории удастся создать здоровые сердечные клетки, которые они смогут трансплантировать людям с сердечными заболеваниями.
Эти новые клетки могут восстанавливать повреждение сердца, заселяя сердце здоровой тканью.
Точно так же люди с диабетом типа I могут получать клетки поджелудочной железы для замены инсулин-продуцирующих клеток, которые их собственная иммунная система потеряла или разрушила.
Единственная текущая терапия - это трансплантация поджелудочной железы, и очень немногие поджелудочные железы доступны для трансплантации.
Лечение болезней крови
В настоящее время врачи обычно используют взрослые гемопоэтические стволовые клетки для лечения таких заболеваний, как лейкемия, серповидно-клеточная анемия и других проблем с иммунодефицитом.
Гемопоэтические стволовые клетки встречаются в крови и костном мозге и могут продуцировать все типы клеток крови, включая красные кровяные тельца, переносящие кислород, и лейкоциты, борющиеся с болезнями.
Донорство или сбор стволовых клеток
Люди могут жертвовать стволовые клетки, чтобы помочь близким или, возможно, для собственного использования в будущем.
Пожертвования могут поступать из следующих источников:
Костный мозг: эти клетки берутся под общим наркозом, обычно из бедренной или тазовой кости. Затем техники выделяют стволовые клетки из костного мозга для хранения или донорства.
Периферические стволовые клетки: человек получает несколько инъекций, которые заставляют его костный мозг выделять стволовые клетки в кровь. Затем кровь удаляется из организма, машина отделяет стволовые клетки, и врачи возвращают кровь в организм.
Пуповинная кровь: стволовые клетки можно получить из пуповины после родов без вреда для ребенка. Некоторые люди сдают пуповинную кровь, а другие хранят ее.
Этот сбор стволовых клеток может быть дорогостоящим, но его преимущества для будущих нужд включают:
- стволовые клетки легко доступны
- меньше шансов отторжения пересаженной ткани, если она поступает из собственного тела реципиента
Исследования и научные открытия
Стволовые клетки полезны не только в качестве потенциального лечения, но и в исследовательских целях.
Например, ученые обнаружили, что включение или выключение определенного гена может вызвать его дифференциацию. Знание этого помогает им выяснить, какие гены и мутации вызывают какие эффекты.
Вооруженные этими знаниями, они могут обнаружить причины, вызывающие широкий спектр болезней и состояний, от некоторых из которых еще нет лекарства.
Аномальное деление и дифференцировка клеток несут ответственность за состояния, которые включают рак и врожденные нарушения, возникающие с рождения. Знание того, что вызывает неправильное деление клеток, может привести к излечению.
Стволовые клетки также могут помочь в разработке новых лекарств. Вместо того, чтобы тестировать лекарства на людях-добровольцах, ученые могут оценить, как лекарство влияет на нормальную здоровую ткань, тестируя его на ткани, выращенной из стволовых клеток.
Видео: Что такое стволовые клетки?
Посмотрите видео, чтобы узнать больше о стволовых клетках.
Полемика
Были некоторые разногласия по поводу исследования стволовых клеток. В основном это относится к работе с эмбриональными стволовыми клетками.
Использование эмбрионов для стволовых клеток
Аргумент против использования эмбриональных стволовых клеток состоит в том, что это разрушает человеческую бластоцисту, а оплодотворенная яйцеклетка не может развиться в человека.
В настоящее время исследователи ищут способы создания или использования стволовых клеток без участия эмбрионов.
Смешивание людей и животных
Исследования стволовых клеток часто включают введение человеческих клеток животным, таким как мыши или крысы. Некоторые люди утверждают, что это может создать организм, частично являющийся человеком.
В некоторых странах производство линий эмбриональных стволовых клеток является незаконным. В Соединенных Штатах ученые могут создавать или работать с линиями эмбриональных стволовых клеток, но 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 «терапию стволовыми клетками» для различных целей, например, против старения.
Однако большинство из этих видов использования не одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Некоторые из них могут быть незаконными, а некоторые - опасными.
Любой, кто рассматривает возможность лечения стволовыми клетками, должен уточнить у поставщика или в FDA, одобрен ли продукт, и что он был изготовлен в соответствии со стандартами FDA в отношении безопасности и эффективности.
