Что такое стволовые клетки?

                  Статья из цикла «Наука раскрывает тайны природы»

В средние века алхимики искали “философский камень”, с помощью которого можно было бы превращать любое вещество в золото, а медики во все времена искали и ищут по сей день панацею – универсальное лекарство от всех болезней, которое сделало бы человека бессмертным!

В настоящее время учёные считают, что клетки ранних человеческих зародышей могут быть такой панацеей от многих болезней человека. Из этих клеток, как из ствола ветви и веточки, происходят все остальные типы клеток. Поэтому клетки ранних человеческих зародышей и называют стволовыми клетками.

Обычные (неполовые) клетки живых организмов узко специализированы, то есть предназначены для выполнения каких-либо определённых функции:
- клетки костной ткани формируют скелет,
- мышечные клетки умеют сокращаться по нашему желанию, двигая наши кости и сокращая сердце, перекачивающее кровь,
- клетки крови разносят кислород и отвечают за иммунитет,
- нервные клетки проводят электрический импульс, сообщая этим наши желания (например, мышечным клеткам),
- клетки кожи защищают все остальные от внешнего мира.
Перечисление всех известных типов клеток (а их около 350) заняло бы очень много места, да автор и не уверен, что он смог бы это сделать.

Однако всё это великое многообразие клеток имеет весьма скромное начало - оплодотворенную клетку (зиготу). За 9 месяцев из одной клетки образуется 1013 клеток новорожденного! Но не только зигота может превращаться в любые клетки. В растущем организме у зиготы появляются двойники - так называемые эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). ЭСК не только "хранят" информацию обо всем организме, как впрочем, и все клетки, но и "знают", как ею воспользоваться, чтобы размножиться в миллиарды клеток растущего живого существа. Никакие другие клетки "не умеют" этого делать.

Эмбриональные стволовые клетки человека впервые были выделены американскими учёными Д.Томпсоном и Д.Беккером в 1998 году, и это открытие является третьим по важности событием в биологии ХХ века после открытия двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека.


Рис.1. Появление и трансформация стволовых клеток при эмбриональном развитии
Справа – налево, развитие из оплодотворённой яйцеклетки (1) сначала бластоцисты (2), а потом гаструлы (3), показанных в разрезе. Стрелкой показано, как плюрипотентные стволовые клетки из бластоцисты переносят в искусственную среду (питательный раствор, налитый в чашку Петри), в которой они могут долго храниться и размножаться. Стрелки, выходящие из гаструлы, показывают, как три типа мультипотентных стволовых клеток могут превращаться в различные органы, клетки и ткани организма. (рисунок взят из Sci.Am, June 2004 - http://www.sciam.com/article.cfm?chanID=sa006&colID=1&articleID=000DFA43-04B1-10AA-84B183414B7F0000)

Когда оплодотворённая яйцеклетка (зигота) начинает делиться, образуются первые тотипотентные стволовые клетки, т. е. способные образовывать клетки любых типов. Примерно через пять дней стволовые клетки становятся непохожими друг на друга (происходит их дифференциация) и вместе они образуют бластоцисту, внутри которой находится уже около сотни клеток. Однако тотипотентных клеток в бластоцисте уже нет. Там находятся уже другие стволовые клетки - плюрипотентные, которые могут превращаться в почти все типы клеток, но не все. Из плюрипотентных стволовых клеток, расположенных внутри эмбриона, в дальнейшем образуются различные органы будущего организма. Позднее бластоциста превращается в гаструлу, а плюрипотентные стволовые клетки – в мультипотентные. Одни из них могут впоследствии превратиться в различные внутренние органы, другие – в мышцы и кровь, а третьи – в кожу и нервные клетки.

Таким образом, каждая эмбриональная стволовая клетка может превратиться в один из 350 возможных типов клеток. Эмбриональная стволовая клетка лишь ждет специального "сигнала", чтобы начать одно из своих превращений.

При пересадке эмбриональных стволовых клеток в какой-либо орган из них всегда образуются только клетки этого органа, что позволяет использовать эмбриональные стволовые клетки для восстановления поврежденных органов и тканей, лечения множества тяжелых заболеваний.


Рис.2 Разорванная бластоциста с несколькими стволовыми клетками (красные), оставшимися внутри. Рисунок взят из Sci. Am., Dec 2001, http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=000B9916-B1F1-1C6E-84A9809EC588EF21


Рис.3. Несколько эмбриональных стволовых клеток на кончике иглы. Рисунок взят из Sci. Am., Dec 2001, http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=000B9916-B1F1-1C6E-84A9809EC588EF21

Стволовые клетки у детей и взрослых

Следует отметить, что даже у новорождённого эмбриональных стволовых клеток очень мало - всего сотые доли процента, вот почему исследователям так трудно было получить их в "чистом виде".

Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге. Это т.н.

кроветворные стволовые клетки, которые превращаются в различные клетки крови и стромальные стволовые клетки, из которых вырастает костная, жировая и мышечная. Кроме того, в очень небольших количествах во всех органах присутствуют т.н. “региональные” стволовые клетки.


Рис.4. Трансформация кроветворных (КК) и стромальных (СК) стволовых клеток взрослого человека, находящихся в его костном мозге (КМ). Рисунок взят из Sci.Am, June 2004 - http://www.sciam.com/article.cfm?chanID=sa006&colID=1&articleID=000DFA43-04B1-10AA-84B183414B7F0000

Стромальные клетки костного мозга - "центральный склад запчастей"

Стволовые клетки обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей. Стволовые клетки, получив сигнал о какой-либо "неполадке", по кровяному руслу устремляются к пораженному органу. Стромальные стволовые клетки могут восстановить практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки (костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные). Попадая в поражённое инфарктом сердце, они преобразуются в клетки сердечной мышцы, в поражённом инсультом головном мозгу - в нейроны и глиальные клетки. Стволовые клетки могут превращаться в клетки печени, костного мозга и т.д. Это даёт надежду на излечение огромного количества самых различных заболеваний.

Однако запас стволовых клеток взрослого организма очень невелик. Поэтому случается так, что обновить утраченные клетки организм самостоятельно уже не в состоянии - или очаг поражения слишком велик, или организм ослаблен, или возраст уже не тот.

Когда мы рождаемся, у нас в костном мозге на 10 тысяч стволовых кроветворных клеток приходится одна стромальная клетка. У подростков стромальных клеток уже в 10 раз меньше. К 50-ти годам на полмиллиона стволовых - одна стромальная клетка, а в 70 лет отбирать пробу костного мозга просто бессмысленно - там всего лишь одна стромальная клетка на миллион стволовых. То есть, сдавать костный мозг имеет смысл только в молодом возрасте. Ну, а вообще, донорские стромальные клетки удобнее всего получать прямо при рождении из пуповины и плаценты, где они тоже содержатся в достаточном количестве.

Стволовые клетки пуповинной крови - страховка на всю жизнь


Рис.5. Подпись к рисунку. Стволовые клетки пуповинной крови новорожденного ребенка могут стать своеобразной страховкой от многих болезней на время его долгой и счастливой жизни. Рисунок взят из Sci.Am., Apr. 2001, http://www.sciamdigital.com/index.cfm?fa=Products.ViewIssuePreview&ARTICLEID_CHAR=01BC0889-AE18-4DC1-BE0B-C95CFC5A4E6

Храните свою пуповину в морозилке

Хранение пуповины при температурах ниже -130оС может осуществляться в течение многих десятков (и даже сотен) лет. Это позволяет хранить детские стволовые клетки донора до возникновения потребности в них при заболевании или в старости. Реакция отторжения на собственные стволовые клетки исключена полностью. Поскольку использование стволовых клеток весьма эффективно при почти любых заболеваниях, связанных со старением, можно ожидать, что их сохранение от рождения до соответствующего возраста позволит отодвинуть наступление старческих изменений и радикально продлить жизнь.


Рис.6. Пуповина, плацента и кровь новорожденного в морозилке. Многие родители в США и Европе уже с 1992 года хранят в специальных морозилках пуповины своих детей. Рисунок взят из Sci.Am., Apr. 2001, http://www.sciamdigital.com/index.cfm?fa=Products.ViewIssuePreview&ARTICLEID_CHAR=01BC0889-AE18-4DC1-BE0B-C95CFC5A4E6

Использование стволовых клеток при лечении раковых заболеваний

Химио- и лучевая терапия, используемые для уничтожения раковых клеток, убивают и стволовые клетки. В результате больной, вылечившийся от рака, может умереть сразу же от пневмонии, так как из-за отсутствия стволовых клеток он лишён иммунитета. Поэтому, чтобы не лишать больного иммунитета, перед противораковой терапией у него забирают стволовые клетки, а после химио- или лучевой терапии вводят ему обратно стволовые клетки, взятые у него до этого.

Будьте осторожны с использованием стволовых клеток.

Уже сейчас многие российские клиники обещают "излечить все недуги и омолодить" всех желающих стволовыми клетками. Но всегда надо иметь ввиду:

1. до сих пор не разработана методика получения (клонирования) стволовых клеток именно для Вас;
2. клинический опыт применения стволовых клеток чрезвычайно мал или вообще отсутствует;
3. отдаленные последствия лечения стволовыми клетками неизвестны;
4. существует риск заболеть раковыми заболеваниями;
5. опасность инфицирования при терапии стволовыми клетками, т.к. часто неизвестно, где, как и из чего были получены эти стволовые клетки и тестировались ли они на инфекционную безопасность.

И всё-таки есть надежда, что в БУДУЩЕМ с помощью стволовых клеток можно будет помочь больному излечиться от цирроза, инсульта, паралича, диабета, ряда заболеваний нервной системы. Для этого из взвеси клеток костного мозга больного выделят некоторое количество стволовых клеток, размножат их, а потом увеличенное их число “положат на место”. При этом нет опасности иммунного отторжения вводимых клеток, т.к. они «свои»!

Много интересного можно узнать о стволовых клетках в статье, опубликованной в №10 журнала «Наука и Жизнь» за 2001 год. (http://www.nkj.ru/archive/articles/7001/).

Константин Богданов, доктор биологических наук

наверх


Что такое стволовые клетки (cells)?