CC BY
271
УДК 616.36-036.12-089.819.843 ББК 52. Р2
МОРФОЛОГИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
ПОРСОЕВ Ж.А. БухГМИ, Бухара, Узбекистан
Аннотация
У человека развитие органов кроветворение, в частности красного костного мозга, не завершается к моменту рождения. Одним из важных моментов в постнатальном развитии красного костного мозга является характер питания новорождённых. Последние годы огромная работа проводится по исследованию стволовых клеток. В ней доступной форме раскрыты данные о свойствах стволовых клеток, о разновидностях их как в эмбриональном периоде, так и у взрослого организма. Применение стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови плода человека привело к сенсационному успеху в лечении онкологических заболеваний крови и ряда соматических болезней. В работе освещены главным образом теоретические основы учения о стволовых клетках и перспективы применения их в медицине.
Ключевые слова: морфология, стволовые клетки, красный костный мозг, пуповинная кровь.
Актуальность. Учение о стволовых клетках вызвано практическим применением их не только в медицине для лечения различных заболеваний, но также широким использованием их в настоящее время в косметологии в качестве "прививки молодости". Первые опыты, проведённые в 1960 годах показали, что при инъекции стволовых клеток, полученных из абортивного материала эмбрионов человека, обнаруживался отчётливый "омолаживающий" эффект. При этом люди чувствовали себя полными сил, энергии, значительно улучшалась их работоспособность, сглаживались морщинки на коже лица, они выглядели на 10 лет моложе. Имеются сведения, что в 70-х годах в бывшем СССР делали "прививки молодости" пожилым членам политбюро КПСС, вводя им 2-3 раза в год препараты стволовых клеток. В настоящее время существуют много лабораторий, способных заниматься клеточными
технологиями, хотя такие методы требуют больших материальных затрат [1, 4, 6, 9-11].
Понятие "стволовая клетка" - (stem cell), появилось относительно недавно - в 60 годы двадцатого столетия, хотя первое упоминание о стволовых клетках отмечается в работах великого русского гистолога Максимова А.А., который в 1908 году впервые ввел термин "стволовые клетки". Стволовые клетки, хотя до настоящего времени морфологически до конца не идентифицированы, они выглядят как обычные клетки, хотя обладают рядом
отличительных свойств. Стволовые клетки -иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии дифференцироваться особым образом, получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка, способная выполнять определенную функцию. Стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма: и кожным, и нервным, и клеткам крови или клеткам костной ткани и др. Сначала полагали, что во взрослом организме таких клеток нет, и существуют они лишь в самом раннем периоде эмбрионального развития.
Среди наиболее важных свойств стволовых клеток необходимо отметить следующие:
- стволовые клетки способны к ассиметричному делению. При обычном делении клетки, образуются две равноценные дочерние клетки, которые в дальнейшем дифференцируются в определённом направлении. При делении стволовых клеток образуются две неравноценные дочерние клетки, одна из них дифференцируется как обычная клетка, другая сохраняет свойства стволовых клеток и способна поддерживать необходимый пул клеток. Благодаря таким уникальным свойствам стволовых клеток формируется самоподдерживающая система клеток, которая способна пополнять необходимое количество клеточной массы. Необходимо отметить, что в реальной жизни деление стволовых клеток происходит достаточно мало, ибо основное число клеток
образуется из дифференцирующихся дочерних клеток. Необходимо отметить, что стволовые клетки способны к неограниченному делению.
Одним из уникальных свойств стволовых клеток - это возможность их превращаться в любые виды клеток организма человека, что получило название их тотипотентность. Тотипотентностью обладают тёмные бластомеры бластоцисты эмбриона человека, т.н. тёмные бластомеры. Они могут давать начало клеткам всех эмбриональных листков. Вместе с тем, клетки эктодермы, энтодермы или мезодермальных структур, несколько ограничены в дальнейшей дифференцировке, и они способны образовывать ткани, происходящие из этих эмбриональных листков. Такое свойство получило название полипотентность. Например, мезенхимные клетки могут давать как клетки крови, так и хрящевые и костные клетки.
Важное значение применения стволовых клеток в медицинских целях прежде всего связано почти полным отсутствием иммунологических свойств, т.е. они почти не "узнают" хозяина и при введении в любой организм человека полностью встраиваются в клетки ткани, не вызывая иммунологической несовместимости. Это обстоятельство открывает широкие перспективы применения их при различных заболеваниях.
Одним из удивительных свойств стволовых клеток - это их способность самим находить поражённый орган и встраиваться в их клеточную массу. Такая способность их, получило название - хоуминг [1, 2, 4].
Стволовых клеток в нашем организме очень мало у эмбриона - 1 клетка на 10 тысяч, у человека в 60-80 лет - 1 клетка на 5-8 миллионов. В настоящее время доказано наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. Стволовые клетки можно выделять и растить в культуре ткани. При этом образуются шарообразные клеточные ассоциации -скопления эмбриональных клеток называют эмбриоидными телами, а нейральных-нейросферами. Обнаружить стволовые клетки можно с помощью специальных методов. На разных стадиях развития клетка синтезирует отдельные белки, являющиеся маркерами определенных структур. Например, стволовые клетки, направленные в сторону нейральных структур, синтезируют белок нестин, в дальнейшем в них появляются белки, входящие
в состав нейрофиламентов, вз-тубулины, энолаза и др. Когда клетка специализируется в сторону глиальных структур, в них выявляются такие маркеры как глиальный фибриллярный кислый белок, белок 8-100 и другие. Эти белки при помощи иммуногистохимической техники метят флюоресцирующими красителями, которые позволяют отчетливо обнаруживать их под микроскопом [4, 5].
Рис. 1. Современная схема кроветворения
Ещё в конце 60 годов прошлого столетия были открыты родоначальные клетки костного мозга, которые по данным Фриденштейна А. и Черткова И. способны давать все типы клеток крови. Это позволило широко применять трансплантацию костного мозга для лечения тяжелых заболеваний системы крови, в частности лейкозов. Стало широко применяться аутологичные стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови. В 1998 году ученые нашли способ выращивать стволовые клетки в питательной среде. Еще одно обстоятельство открыло широкие пути применения стволовых клеток. Было установлено, что стволовые клетки даже при длительном хранении в течение 15 лет в жидком азоте, полностью сохраняют свои биологические свойства. Это позволило создать мировую коллекцию стволовых клеток пуповинной крови и банк стволовых клеток в 2005 году уже включал более 400 000 образцов. Криогенное хранение стволовых клеток стало рассматриваться как "биологическая страховка" от различных заболеваний. Криогенное хранение в настоящее время стало широко применяться и для целей ЭКО. Имеются
сообщения, что для этих целей использовались яйцеклетки, которые в течение 10 лет хранились с помощью криогенной техники [7].
Рассмотрим вкратце разновидности стволовых клеток. Различают эмбриональные стволовые клетки и стволовые клетки взрослых или соматические стволовые клетки.
Эмбриональные стволовые клетки образуются из внутренней клеточной массы на ранней стадии развития зародыша -бластоцисты. Зародыш человека достигает стадии бластоцисты на 4-5 дней после оплодотворения, бластоциста человека состоит из 50-150 клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются тотипотентными, что означает возможность их дифференцировки во все три первичных зародышевых листка: эктодерму, энтодерму и мезодерму. Таким образом образуются более 220 видов клеток. Свойство тотипотентности отличает эмбриональные стволовые клетки от полипотентных клеток, которые могут дать начало лишь ограниченному количеству видов клеток. В настоящее время плюрипотентные клетки выделяют
непосредственно из внутренней клеточной массы эмбриона человека на стадии бластоцисты. Сам эмбриональный материал получали в больших количествах в клинических, а не исследовательских целях для осуществления экстракорпорального
оплодотворения, всякий раз спрашивая разрешение на его использование у обоих доноров. Клетки внутренней клеточной массы культивировали и получали линию плюрипотентных клеток. Другая группа исследователей выделяла плюрипотентные клетки из ткани плода. Разрешение на это давалось обоими супругами уже после того, как они сами решили прервать беременность. Клетки отбирались из той части плода, которая должна была развиться в яичники или семенники. Одно из самых впечатляющих применений плюрипотентных клеток человека -это так называемая "клеточная терапия". Многие заболевания человека обусловливаются нарушением функционирования клеток или целых органов и сегодня для устранения дефекта в таких случаях используется метод трансплантации. Плюрипотентные клетки, стимулированные к дифференцировке с образованием строго специализированных клеток, могут служить возобновляемым источником не затронутых поражением клеток,
замещающих выбывшие из строя дефектные клетки [1, 2, 4-6].
Наиболее перспективными и в этическом отношении наиболее доступными являются стволовые клетки, полученные из плацентарной крови пуповины. Имеются многочисленные данные об использовании стволовых клеток, полученных из пуповинной крови в качестве источника гемопоэтических стволовых клеток [3]. Следует отметить, что в пуповинной крови содержится достаточно большое количество клеток-предшественников для успешного приживления трансплантата у детей и некоторых взрослых. В настоящее время накоплен достаточный опыт по лечению различных заболеваний крови путем использования стволовых клеток пуповинной крови.
Стволовые клетки взрослого организма. Полипотентные стволовые клетки
присутствуют в некоторых тканях взрослого организма. Они служат источником клеток различных тканей, естественным образом выбывающих из строя. Эти клетки обнаружены не во всех типах тканей. В данной группе различают следующие разновидности стволовых клеток:
- гемопоэтические стволовые клетки, способные давать все виды клеток гемопоэтической линии in vitro и поддерживать образование этих клеток в течение всей жизни человека. Гемопоэтические стволовые клетки широко использовались для ауто- и аллотрансплантаций в течение десятилетий, хотя мало известно об их миграции, выживании, самообновлении и дифференциации.
До недавнего времени стволовые клетки костного мозга считали специфичными для гемопоэза. Эксперименты, включающие клинические испытания, показали образование различных тканей, например, мышечных, нервных клеток, гепатоцитов после трансплантации костномозговых клеток и опровергли эту догму. Таким образом, гемопоэтические стволовые клетки способны образовывать не только клетки крови, но и другие типы клеток. В настоящее время создаются способы, увеличивающие выход гемопоэтических стволовых клеток из костного мозга, которые являются важнейшим источником получения собственных стволовых клеток [7].
- мезенхимальные стволовые клетки, изолированные из костного мозга, надкостницы,
трабекулярной кости, жировой ткани, синовиальной оболочки, скелетной
мускулатуры и молочных зубов. Эти клетки соединительной ткани, включая кость, жир, хрящ и мускулатуру. Они вызвали большой интерес из-за перспективы их использования в регенеративной медицине и тканевой инженерии. Имеются много примеров предклинического и клинического применения мезенхимных стволовых клеток, которые иллюстрируют их терапевтическую ценность.
- стромальные стволовые клетки являются одним из видов мезенхимальных стволовых клеток. Костный мозг взрослых млекопитающих содержит, как предполагают, не одну, а две отдельные популяции взрослых стволовых клеток. Первая из них это - гемопоэтические стволовые клетки, ответственные за поддержание продукции клеток крови в течении всей жизни. Биологическая характеристика и свойства второй резидентной популяции стволовых клеток костного мозга, называемых стромальными или мезенхимальными стволовыми клетками, значительно менее известно. In vitro - культура клеток, полученных
из суспензии клеток костного мозга образуют колонии стромальных клеток костного мозга, каждая из которых происходит от одной клетки предшественника, называемой
колониеобразующий фибробласт. При выращивании стромальных клеток костного мозга - in vitro, они сохраняли способность дифференцироваться в кость, жир и хрящ. Таким образом, стромальные стволовые клетки -мультипотентные клетки взрослого организма, образующие строму костного мозга, имеющие мезенхимальное происхождение.
Касаясь практической значимости исследований, посвящённых использованию стволовых клеток в медицинских целях необходимо подчеркнуть их важное значение, порою носящий сенсационный характер [6, 8]. Использование клеточных технологий открывает новые перспективы в лечении таких тяжёлых заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также при многих формах паралича и ранее неизлечимых аутоиммунных заболеваний - это наиболее актуальные направления научных и клинических исследований.
Список литературы
1. Владимирская Е.Б. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками /Е.Б. Владимирская, О.А. Майорова, С.А. Румянцев. - М., 2005. - 392 с.
2. Каримов Х.Я. Перспективы и возможности использования плацентарной крови - как источника гемопоэтических стволовых клеток в Узбекистане /Х.Я. Каримов, А.М. Курязов, К.Т. Бобоев //Мед. журнал Узбекистана. - 2011. - №1. - С. 53-59.
3. Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития /Л.И. Корочкин. -М., 2002. - 375 с.
4. Ткачук В.А. Стволовые клетки и регенеративная медицина /Под ред. В.А. Ткачука. - М., 2012.
5. Lauber S. The Maunheim Cord Blood Bank. Experiences and Perspectives for the Future / S. Lauber, M. Latta, H. Kluter et al. // Transfus. Med Hemother. - 2010. - №37 (2). - P. 90-97.
6. Srivastava R.K. Stem cells and Human Diseases /R.K. Srivastava //Shancar Sharmila. - 2012.
MORPHOLOGY OF STEMCELLS
PORSOYEVJ.A. BukhSMI, Bukhara, Uzbekistan
Abstract
The folloving survey-article is devoted to the research of stem cells. The data on peculiarities of stem cells and their types both in embryonic period and in adult organism are disclosed here in a plain form. Application of stem cells, which are obtained from blood out of umbilical cord of human embryo, has brought to sensational success in treating oncological diseases of blood and other somatic disorders. Mainly theoretic principles of studies on stem cells and perspectives of their medical usage are illustrated in this work.
Keywords: morphology, stem cells, red marrow, umbilical blood.
