СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: ВИДЫ, ПРИМЕНЕНИЕ И ГДЕ ОНИ НАХОДЯТСЯ - НЕЙРОПСИХОЛОГИЯ - 2024

Стволовые клетки - это тип клеток, который естественным образом встречается во всех многоклеточных живых существах. Они характеризуются свойством дифференцироваться в клетки любого типа и делиться, чтобы производить больше стволовых клеток.

Этот тип клеток очень важен до рождения, так как через несколько дней после соединения две гаметы начинают делиться и размножаться, создавая стволовые клетки, которые будут специализироваться и давать начало различным органам и тканям тела эмбриона.

Иллюстрация стволовых клеток

Важность стволовых клеток заключается в их удивительной способности развиваться и формировать практически любой тип клеток. Эта способность может использоваться для ремонта и пополнения поврежденных или разрушенных клеток.

В настоящее время клиническое применение стволовых клеток исследуется при многих заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона, Альцгеймера или некоторых врожденных состояниях. Кроме того, уже существуют продукты на основе стволовых клеток, которые начали использоваться во всем мире в ортопедической медицине.

Есть ли стволовые клетки у взрослых или только у детей?

Стволовые клетки все еще существуют у взрослых людей, хотя и в меньшем количестве и с меньшим потенциалом, чем на эмбриональной стадии.

Эти стволовые клетки присутствуют в определенных структурах, таких как костный мозг, мышцы и мозг; Благодаря им поврежденные клетки могут быть заменены, а органы могут продолжать нормально функционировать.

Чем они отличаются от других типов клеток?

В целом можно сказать, что стволовые клетки обладают тремя основными свойствами, которые отличают их от других клеток:

• Они могут воспроизводиться в течение длительного времени.
• Они не специализированы.
• Они могут специализироваться на любом типе ячейки.

Эти свойства делают их потенциально полезными для лечения некоторых заболеваний, вызванных износом или дегенерацией некоторых клеток, таких как нейродегенеративные заболевания.

Эти невероятные свойства стволовых клеток были впервые исследованы всего 35 лет назад, в 1981 году, когда группа исследователей обнаружила возможность извлечения стволовых клеток из эмбриона мыши.

Лишь в 1998 году исследования на мышах можно было экстраполировать на людей, когда первые стволовые клетки были извлечены из человеческих эмбрионов и культивированы in vitro для изучения их функций и свойств. Эти стволовые клетки называются эмбриональными стволовыми клетками.

В 2006 году произошла еще одна веха в истории изучения стволовых клеток, группа исследователей обнаружила, как некоторые взрослые клетки могут быть генетически перепрограммированы, чтобы дать начало стволовым клеткам, которые могут специализироваться на некоторых типах клеток. Этот тип стволовых клеток называется индуцированной плюрипотентной стволовой клеткой (iPS).

Хотя за эти 35 лет в исследованиях стволовых клеток был достигнут значительный прогресс, все же необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять их и иметь возможность использовать их для создания новых методов лечения и изучения нормативного развития человека.

Типы стволовых клеток

Стволовые клетки можно подразделить на индуцированные эмбриональные, эмбриональные, взрослые стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в соответствии с их уровнем созревания.

Кроме того, не все стволовые клетки обладают одинаковым потенциалом к ​​дифференцировке в клетки любого типа. В зависимости от типа клеток, в которых можно дифференцировать стволовые клетки, они могут быть:

Тотипотент (или всемогущий)

Морула, тотипотентная клетка. Источник: Pidalka44 Они могут дифференцироваться в клетки любого типа. Эти клетки можно найти только в моруле (набор клеток, который возникает после объединения двух гамет) и, теоретически, в эмбрионах, хотя эмбриональные стволовые клетки еще не смогли развиться и создать все типы ячеек.

плюрипотентных

Колония эмбриональных стволовых клеток человека. Источник: общественное достояние

Они являются следующим этапом развития тотипотентных стволовых клеток и могут дифференцироваться практически в любой тип клеток. Культуры эмбриональных клеток и индуцированные стволовые клетки плюрипотентны.

мУЛЬТИПОТЕНТНЫХ

Конфокальная микрофотография GFP-положительных нервных клеток-предшественников (зеленые) в обонятельной луковице крысы. Источник: Олег Цупыков. Они могут дифференцироваться в самые разные клетки, но только те, которые принадлежат к группе родственных клеток. Например, мультипотентные клетки сердца могут дифференцироваться только в ткани, составляющие сердце. Эти клетки можно получить у плодов.

Oligopotent

Незрелые миелоидные (олигопотентные) дендритные клетки. Источник: Йозеф Ноймюллер, Сильвия Эмануэла Ноймюллер-Губер, Йоханнес Хубер, Адольф Эллингер и Томас Вагнер. Они могут дифференцироваться на несколько типов клеток, например, с образованием одной и той же ткани. Взрослые стволовые клетки олигопотентны.

Унипотентные

Гематоциты типа гепатоластов плода (унипотентные стволовые клетки). Источник: кафедра гистологии Медицинского колледжа Ягеллонского университета. Они могут дифференцироваться только в один тип клеток. Эти стволовые клетки отличаются от нормальных взрослых клеток тем, что они сохраняют свои репродуктивные свойства в течение длительного периода времени (до дифференцировки). Этот тип стволовых клеток можно найти, например, в некоторых мышцах.

Эмбриональные стволовые клетки

Эмбриональные стволовые клетки мыши. Источник: Национальный научный фонд.

Эмбриональные стволовые клетки извлекаются из эмбрионов. Большинство из них происходит от гамет, оплодотворенных in vitro, а не от естественных беременных женщин. Теоретически они тотипотентны, то есть могут давать начало клеткам любого типа, хотя на данный момент в лаборатории можно культивировать только некоторые типы клеток.

После экстракции стволовых клеток выполняется культивирование, в котором клетки и питательный материал (питательная среда) помещаются в лабораторную чашку. В культуре клетки растут и начинают делиться, создавая тонкий слой, покрывающий всю поверхность чашки.

Стволовые клетки плода

Фетальные стволовые клетки. Источник: Тейшейра Дж., Руэда Б. Р. и Пру Дж. К. Стволовые клетки матки (30 сентября 2008 г.), StemBook, ed. Сообщество исследования стволовых клеток, StemBook, doi / 10.3824 / stembook.1.16.1, http://www.stembook.org.

Стволовые клетки плода получают от плодов (с 10-й недели беременности). Эти клетки можно найти в большинстве тканей плода.

Эти стволовые клетки являются мультипотентными, то есть они могут дифференцироваться в некоторые типы клеток, которые связаны, например, в нескольких схожих тканях с образованием одного и того же органа.

Взрослые стволовые клетки

Микрофотография взрослой стволовой клетки с типичными ультраструктурными особенностями. Источник: Роберт М. Хант, Creative Commons Attribution.

В некоторых тканях взрослого человека, таких как кожа, мышцы, кишечник и костный мозг, есть взрослые стволовые клетки, которые могут пролиферировать и дифференцироваться в клетки той же ткани, чтобы заменить мертвые или поврежденные клетки, поэтому они являются олигопоентами. Взрослые стволовые клетки также можно найти в пуповинной крови.

Например, в костном мозге есть стволовые клетки крови, которые превращаются в зрелые клетки крови (эритроциты, лейкоциты или тромбоциты).

Исследования с этими типами клеток хорошо продвинулись, и в настоящее время проводятся трансплантации взрослых стволовых клеток из костного мозга или пуповинной крови для лечения заболеваний крови, таких как миелодиспластический и миелопролиферативный синдромы.

Терапевтический потенциал других взрослых стволовых клеток, таких как мезенхимальные клетки, которые производят клетки из костей, хрящей и жира, в настоящее время исследуется для лечения таких заболеваний, как артрит.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Источник: Лаборатория Гепштейна.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS) - это уже специализированные взрослые клетки (например, из кожи), которые были генетически перепрограммированы in vitro, чтобы иметь свойства эмбриональных стволовых клеток.

Чтобы перепрограммировать взрослые клетки, их берут у взрослых и культивируют на планшете, где вирусы, созданные в лаборатории со специфическими генами, вставляются для интеграции с клетками и модификации их генетической информации.

Хотя iPS-клетки и эмбриональные клетки имеют много общих характеристик, они не совсем одинаковы, эти различия в настоящее время исследуются, а также новые процедуры для создания iPS.

Хотя необходимы дополнительные исследования, iPS-клетки уже используются для проверки действия некоторых лекарств, которые проходят клинические испытания и, как ожидается, будут полезны для трансплантации в ближайшем будущем.

Трансплантация клеток IPS в настоящее время не проводится, потому что некоторые исследования на животных привели к раковым образованиям, возможно, из-за техники, используемой для перепрограммирования клеток.

Культуры стволовых клеток

Бластоциста, внутри есть стволовые клетки. Источник: Gnzlndrs

Культуры стволовых клеток не эффективны на 100%, бывают случаи, когда клетки не растут или не делятся. Но когда культивирование стало эффективным, берутся группы стволовых клеток и создаются новые популяции, которые продолжат делиться и начнут дифференцироваться. Стволовые клетки можно заморозить и хранить в любой момент процесса.

Во время культивирования стволовые клетки могут спонтанно группироваться вместе и специализироваться на любом типе ткани (мышечной, нервной …). То, что они могут специализироваться, является признаком того, что клетки находятся в хорошем состоянии, но в идеале процесс специализации контролируется исследователями для создания определенных популяций клеток.

Чтобы контролировать дифференцировку эмбриональных стволовых клеток, исследователи изменяют химический состав культуральной среды, квадрата или самих клеток, вставляя в них определенные гены.

Благодаря многочисленным исследованиям были созданы протоколы, указывающие, какие параметры необходимо изменить и как это сделать для создания конкретных культур клеток.

В настоящее время трансплантация эмбриональных стволовых клеток не проводится людям, потому что в некоторых исследованиях на животных было замечено, что они могут привести к развитию рака. Тем не менее исследования продолжаются, и они открывают большие перспективы для будущего лечения.

Лечение стволовыми клетками

В настоящее время наиболее изученным и практичным клиническим применением стволовых клеток является трансплантация стволовых клеток крови (гемопоэтических) из костного мозга или пуповины. Они используются для лечения проблем с кровью и иммунной системой, а также для обновления поврежденных клеток после химиотерапии или лучевой терапии.

Ежегодно более 26000 человек в Европе проходят трансплантацию геметапоэтических стволовых клеток. Заболевания, которые в настоящее время можно лечить с помощью трансплантата:

Лейкемии и лимфомы

• Острый миелолейкоз.
• Острый лимфобластный лейкоз.
• Хронический миелолейкоз.
• Хронический лимфобластный лейкоз.
• Ювенильный миеломоноцитарный лейкоз.
• Лимфома Ходжкина.
• Неходжкинской лимфомы.

Заболевания, связанные с костным мозгом

• Апластическая анемия тяжелой степени.
• Анемия Фанкони.
• Пароксизмальная ночная гемоглобинурия.
• Чистая аплазия эритроцитов.
• Врожденная тромбоцитопения / амегакариоцитоз.
• Миелопролиферативный и миелодиспластический синдром.
• Множественная миелома.

Наследственные заболевания иммунной системы

• Тяжелый комбинированный иммунодефицит.
• Синдром Вискотта-Олдрича.

Гемоглобинопатии (заболевания эритроцитов)

• Большая бета-талассемия.
• Серповидно-клеточная анемия

Наследственные заболевания обмена веществ

• Болезнь Краббе.
• Синдром Гурлера.
• Адренолейкодистрофия.
• Метахроматическая лейкодистрофия.

Другие приложения

Еще одно применение трансплантации стволовых клеток - пересадка кожи. Это приложение, пожалуй, самое старое, поскольку оно использовалось еще до того, как действительно поняли, как работают стволовые клетки.

Кожные трансплантаты обычно делают только в крайних случаях, когда у человека повреждены большие участки кожи, например, в результате сильного ожога.

Первый кожный трансплантат был проведен в 1970 году, и с тех пор техника была усовершенствована, хотя предстоит еще долгий путь, поскольку в настоящее время трансплантированная кожа неспособна к развитию волосяных фулликулов или потовых желез.

Holoclar

Последнее применение стволовых клеток, которое было одобрено в Европе, - это Holoclar, средство для восстановления повреждений, нанесенных роговице, будь то раны или ожоги.

Процедура состоит из извлечения небольшой части лимбальных клеток в хорошем состоянии, отвечающих за восстановление роговицы, и их культивирования в лаборатории до тех пор, пока они не образуют тонкий слой роговицы, который можно трансплантировать в глаз пациента.

Регенерация тканей

Другие возможные применения стволовых клеток изучаются в клинических испытаниях. Основные области применения, найденные в исследованиях, - это регенерация тканей и органов, лечение травм, лечение сердечно-сосудистых заболеваний и лечение заболеваний головного мозга.

Использование стволовых клеток для регенерации тканей и органов, пожалуй, наиболее изученное применение. Если органы или ткани созданы из стволовых клеток, их можно трансплантировать людям, которые в них нуждаются, ведь первая почка со стволовыми клетками уже создана, и результаты многообещающие.

Сердечно-сосудистые заболевания

Результаты исследований по использованию стволовых клеток в лечении сердечно-сосудистых заболеваний также очень обнадеживают.

В 2013 году группа исследователей из Массачусетской больницы общего профиля (США) создала кровеносные сосуды из частей стволовых клеток человека, которые были имплантированы мышам и работали должным образом. В настоящее время исследования продолжаются, и они пытаются безопасно применить его к людям.

Заболевания головного мозга

Использование стволовых клеток для лечения заболеваний головного мозга, таких как болезнь Паркинсона или Альцгеймера, изучается с использованием эмбриональных стволовых клеток для определения их способности к дифференцировке. Результаты выглядят многообещающими, хотя исследования все еще находятся на очень ранней стадии.

Изучение стволовых клеток проводится не только для лечения заболеваний, они также изучаются для понимания нормального развития здоровых клеток и лучшего понимания некоторых процессов, таких как деление и дифференциация клеток.

Ссылки

1. Де Лука, М. (1 сентября 2015 г.). Какие заболевания и состояния можно лечить стволовыми клетками? Получено от EuroStemCell.
2. Международное общество исследования стволовых клеток, ISSCR. (SF). Типы стволовых клеток. Получено 20 июня 2016 г. из журнала A Closer Look At Stem Cells.
3. Министерство науки, технологий и производственных инноваций Аргентинской Республики. (SF). Получено 20 июня 2016 г. из incucai.
4. Национальные институты здоровья. (5 марта 2015 г.). Информация о стволовых клетках. Получено из Национального института здоровья.
5. Шелер, HR (2007). Потенциал стволовых клеток: инвентарь. В Н. Кнопффлер, Д. Шипански и С.Л. Зоргнер, Биотехнология человека как социальный вызов (стр. 28). Издательство Ashgate.
6. О стволовых клетках. (SF). Лечение стволовыми клетками. Получено 20 июня 2016 г. с сайта sobrecélulasmadre.com.
7. Условия использования Политика конфиденциальности EEO / Affirmative Action Employer. (SF). Заболевания, поддающиеся лечению трансплантатами. Получено 20 июня 2016 г. с сайта Be the match.