Эмбриональные СК и эмбриогенез
ЭСК дают единственную экспериментальную возможность изучить аномалии органогенеза человека, так как в данном случае развитие млекопитающих имеет свои особенности. Они выделяются из ранних эмбрионов, или полового зачатка 5-недельных эмбрионов, или бластоцисты (4-7 день развития), или же опухолевой линии так называемой тератокарциномы.
Благодаря делению СК тканей обновляются структуры этих тканей. В базальном слое эпидермиса находятся СК эпидермиса, в криптах кишечника – СК кишечника, а в красном костном мозге – СК крови. Высокодифференцированныс клетки кардиомиоциты (клетки, входящие в состав сердечной мышцы) и нейроны (клетки нервной системы) утрачивают способность к делению и не способны размножаться ни при каких обстоятельствах, в то время как менее дифференцированные клетки, фибропласты, синтезирующие структуры соединительной ткани, и гепатоциты – клетки печени – частично сохраняют эту способность и при определенных условиях митотически увеличивают свое число. То есть, если клетка выходит на этап дифференцировки, то количество делений, которое она может пройти, ограничено. Здесь действует лимит Хейфлика[†††]. Повторяющиеся последовательности ДНК хромосом (теломеров) при воспроизведении генетического материала частично утрачиваются с каждым последующим делением. После того, как теломеры утрачены полностью, клетки оказываются неспособными к дальнейшему размножению (например, для фибробласта лимит Хейфлика составляет 50 делений, для СК крови – 100). С одной стороны, лимит Хейфлика ограничивает возрастание количества СК, с другой – в случае патологии в геноме клетки, мутация будет растиражирована в ограниченном количестве и не сыграет большой роли для организма в целом. Эмбриональная же СК отличается от других клеток тем, что для нее лимит Хейфлика неисчерпаем (это обусловлено) и клетка может делиться бесконечно, т. е. обладает фактическим бессмертием (иммортальностью).
В геноме человека и млекопитающих обнаружено около 14500 генов эмбриогенеза. Эти гены обеспечивают построение всех специализированных клеточных линий, собранных в органы и функциональные единицы тканей. Так как в геноме низших и беспозвоночных отсутствуют 12 тыс. «архитектурных» генов, то их принадлежность к эмбриогенезу совершенно очевидна. Созревание ЭСК в специализированные клеточные линии происходит с участием трез зародышевых листков (о чем мы уже упоминали выше). Зародышевый листок состоит из слоя клеток зародыша, который обособляется в процессе превращения однослойного зародыша в двухслойный, а у позвоночных – в трехслойный (гаструляция). Различают 3 зародышевых листка – эктодерму (наружный листок), энтодерму (внутренний листок) и мезодерму (средний зародышевый листок находится между экто — и энтодермой).
Со стадии образования крупных эмбриоидных телец происходит включение первых генов экто — энто- и мезодермы in vitro. Если перенести клетки в культуральную чашку, создав специальные условия, то начнется спонтанная смешанная дифференцировка клонов. Однако спонтанная дифференцировка нейронов, кардиомиоцитов, клеток кроветворения идет по укороченной программе без предварительного накопления и размножения региональных СК. Дифференцировка эмбриоидных телец был а изучена в культуре ЭСК. Сначала происходит образование временных провизорных органов, в которых аккумулируются, хранятся региональные СК, а затем пересылаются в результате согласованных действий экто-, мезо — и энтодермы с мезенхимой. В суспензиях же ЭСК дифференцировка клеток идет в обратном порядке: наружный слой дифференцируется в энтодерму, средний слой – в мезодерму, а «ядро» клона – в эктодерму. Многие отделы мозга, костно-лицевого черепа, периферическая нервная система, проводящая система сердца, тимус собраны из «пришлых» клонов клеток, поэтому маркировка клеток по ранним генам зародышевых листков помогает составить топографию миграции провизорных клеток в развивающемся зародыше. Функционирование ранних генов зародышевых листков идет в культуре неупорядоченно, зачастую лишь фрагментами программы. Желточный мешок является источником региональных СК кроветворения, эндотелия, герментативного эпителия, СК мышечной системы. Образование временных провизорных органов для аккумуляции, хранения и пересылки региональных СК происходит в результате согласованных взаимодействий экто-, мезо — и энтодермы с мезенхимой.
В 1998 г. Д. Томпсон (США) из 4-5 дневной бластоцисты (раннего эмбриона) человека создал 10 клонов бессмертных ЭСК. Источником их послужили зародыши, остающиеся невостребованными при оплодотворении. ЭСК сохраняли высокий теми клеточного деления и способность дифференцироваться в любую из 350 специализированных линий производных эктодермы, мезодермы и энтодермы (плюрипотентносгь). В это же время коллективом ученых во главе с Д. Герхартом (США) были впервые изолированы бессмертные линии половых прогениторных клеток из полового зачатка 4-5 недельного плода.
А знаете ли вы?
По данным USA, сегодня странами-обладателями клонов ЭСК являются: США, Швеция, Австралия, Индия, Израиль.
ЭСК дают возможность постепенно отказываться от донорских органов. Медики получают уникальную практически неиссякаемую, возможность создавать клеточные трансплантации. Быстрыми темпами развивается фармакогеномика и биология репродукции человека. Идея лечить клетками поистине революционна и ее развитие даст возможность человечеству перешагнуть рубеж существующей сейчас средней продолжительности жизни.