Источники СК
Мы уже ранее говорили о способах получения СК, теперь рассмотрим их основные источники.
Практическое значение для выделения СК с целью их последующего клинического применения имеют лишь ткани, содержащие реальные количества клеток-предшественников, К ним можно отнести костный мозг, жировую ткань, кровь и строму пуповины/плаценты.
Основным источником сырья для получения лабораторных соматических клеток являются клоны эмбриональных клеток.
Вторым источником является половой зачаток плодов 4-5-неделыюго развития.
Источником ЭСК является также абортивный материал и материал, остающийся от искусственного оплодотворения.
Пуповинная кровь
Кровь, заполняющая просвет сосудов пуповины и плаценты (пуповинная кровь), также является источником СК. Пуповинная кровь, собранная при рождении, обладает уникальной возможностью впоследствии восстановить здоровье человека в случае практически любого заболевания. Хранить ее можно в криобанке в замороженном состоянии. Плацентарно-пуповинная кровь богата гемопоэтическими СК, происходящими из мезодермы.
После рождения ребенка перерезается пуповина. Затем, спустя 10-15 мин, происходит изгнание плаценты, связывающей мать и дитя на протяжении всей беременности. Пуповина и плацента обычно «утилизируются», т. е. выбрасываются. Эта же участь постигает и уникальную кровь, заполняющую сосуды пуповины и плаценты, так называемую, «пуповинную кровь» – богатейший источник СК с огромным потенциалом. Из СК пуповинной крови строится иммунная система, создаются все клетки, имеющиеся в крови: лейкоциты, при помощи которых организм защищается от болезней, несущие кислород эритроциты, обеспечивающие свертываемость крови и заживление ран тромбоциты. Если организм ослаблен такими недугами, как рак или генетические нарушения, вызванные химиотерапии или другими агрессивными методами лечения, ему необходима помощь всех имеющихся внутренних ресурсов. Вот здесь-то СК и приходят на помощь, чтобы организм был в силах сражаться с недугом. Поскольку пуповинная кровь является кровью развивающегося плода, то она циркулирует во всех е>го органах и тканях, она может быть обогащена не только гемопоэтическими, но и другими клетками-предшественниками. В пуповинной крови содержатся клетки, способные в определенных условиях дифференцироваться в гепатоциты, эндотелиальные и мышечные клетки, нейроны и т. д. Это позволяет надеяться, что уже в скором будущем СК пуповинной крови могут стать основой для клеточной терапии различных патологических состояний организма. Интерес к СК пуповинной крови огромен, и вопрос об их перспективном применении требует серьезных экспериментальных исследований.
Известно, что космическое излучение уничтожает клетки организма, оберегающие человека от таких тяжелых заболеваний, как рак. Для того чтобы защитить организм, количество «антираковых» клеток, содержащихся в крови пуповины, необходимо резко увеличить. Американское аэрокосмическое агентство решило провести серию уникальных экспериментов по ускорению процесса получения СК, Такие исследования необходимы для создания эффективной защиты астронавтов от космического излучения во Время пилотируемой миссии на Марс, которая запланирована на 2020 г.
Британские ученые Колин Макгьюкин и Нико Форраз совместно с Космическим агентством, проводя эксперимент, рассчитывают научиться сохранять защитные клетки с тем, чтобы впоследствии их можно было внедрить в организм вернувшихся на Землю космонавтов.
Эксперименты будут проводиться при нулевой гравитации, так как эти условия вполне сопоставимы с естественными условиями роста эмбриона в организме женщины. Тем самым ученые хотят обеспечить значительно более высокую эффективность по сравнению с традиционными методами. Все необходимое оборудование для воссоздания нулевой гравитации имеется в Джонсоновском Центре космических исследований NASA в Хьюстоне, штат Техас.
Главной областью применения СК, несмотря на попытки использования их трансплантации при различных заболеваниях, остается гематология – лечение острых и хронических лейкозов.
Несмотря на то, что сейчас в мире зарегистрировано почти 6 млн. доноров костного мозга, почти для трети пациентов, нуждающихся в трансплантации, не удается найти подходящий образец. А ведь необходимость подбора совместимого донора является одной из составляющих успеха терапии (см. выше). Если позволяют условия, то используются аутологичные СК стимулированной периферической крови, заготовленные загодя. В остальных случаях приходят на помощь гемопоэтические СК пуповинной крови. По сравнению с костным мозгом пуповинная кровь содержит в среднем меньшее количество СК, но она превосходит его в качественном отношении. Гемопоэтические СК, содержащиеся в пуповинной крови, способны полностью восстанавливать поврежденную кроветворную систему реципиента за счет производства новых предшественников различных ростков кроветворения. Кроме того, СК пуповинной крови «моложе» клеток донорского костного мозга. Поэтому для трансплантации используется меньшая доза клеток пуповинной крови.
Теперь, где это возможно и не противоречит законам, пуповинную кровь собирает специально обученный персонал родового отделения. Кровь собирается сразу после рождения ребенка в стерильный контейнер, содержащий раствор антикоагулянта. Забор пуповинной крови абсолютно безопасен для матери и ребенка и может быть осуществлен как в ходе обычных биологических родов, так и в случае кесарева сечения.
Ингибитор GSK-3
Однако полученной от одного новорожденного пуповинной крови недостаточно для трансплантации взрослому пациенту, и приходится использовать материал от нескольких доноров, что создает дополнительные трудности. Но канадские ученые из Robarts Research Institute at the University of Western Ontario обнаружили вещество, которое вызывает быстрое размножение СК пуповинной крови после их трансплантации. Это вещество – ингибитор GSK-3 – изначально тестировалось на мышах. Иммунодефицитным мышам трансплантировали человеческие СК пуповинной крови или костного мозга и в течение 3-х месяцев после этого дважды в неделю вводили ингибитор GSK-3. Выживаемость мышей при этом увеличилась до 90% (против 60% в контрольной группе). Затем пришло "время проверить действие ингибитора на людях. Его с успехом опробовали при лечении диабета и болезней Альцгеймера и Паркинсона – использовали для увеличения количества СК in vivo (в живом организме).
Установлено, что при помощи ингибитора GSK-3 возможно управлять размножением СК в тканях разных видов – например, при регенерации нервных клеток после повреждения спинного или головного мозга. Численность клеток под действием ингибитора быстро увеличивается в 3 раза, после чего они начинают дифференцировку и восстанавливают кроветворную систему реципиента. GS. K-3 сможет помочь онкологическим больным, нуждающимся в трансплантации донорских СК, полученных из костного мозга или пуповинной крови. Поскольку при использовании этого препарата для взрослого пациента достаточно пуповинной крови от одного донора, для каждого пациента будет значительно легче найти совместимого донора. Таким образом, гораздо больше пациентов смогут пройти курс химио — или радиотерапии с последующим восстановлением кроветворения из донорских СК.
Новые источники СК
Помимо крови, получаемой во время родов из пуповины и плаценты, традиционными источниками СК являются:
· костный мозг (донорский или аутологичный);
· периферическая кровь пациента после проведения процедур стимуляции костного мозга, так называемыми колоние-стимулирующими ростовыми факторами.
Получение СК из обоих источников связано с применением инвазивных (хирургических) методов или введением высокоактивных фармакологических препаратов и может проводиться только в условиях специализированных стационаров.
Если, как мы уже говорили выше, количество стромальных клеток уменьшается, то с культурой эмбриональных клеток дело обстоит иначе. На некоторых питательных средах клетки размножаются бесконечно. Кроме того, специальные химические препараты могут заставить культивированные СК перерождаться в клетки поджелудочной железы, печени, в нейроны, в костную и мышечную ткань.
Ученые обнаруживают все новые и новые источники СК. Так, исследователи из Калифорнийского университета обнаружили, что фолликулы волос – тоже хороший источник СК и полученные из них клетки могут развиться в зрелые нервные клетки, а также в клетки кожи, гладкие миоциты и меланоциты. Так как волосы растут быстро, фолликулы волос могут стать одним из главных источников СК.
Исследователи же Wake Forest University School of Medicine успешно выделили СК из человеческой кожи и смогли дифференцировать их в жировые, мышечные и костные клетки. Поскольку биопсию кожи, по сравнению с извлечением, например, из костного мозга, осуществить существенно легче, получение СК из кожи имеет большую перспективу в клиническом использовании (удобно и то, что клетки могут быть получены из любого небольшого образца человеческой кожи).
Группа ученых Лондонского университета вырастила из СК эмбриона человека один из видов клеток, составляющих легочную ткань.
Специализированные СК частично содержатся в слизистой оболочке носоглотки. Эти клетки способны превращаться в клетки нервной ткани. Соскоб со слизистой оболочки производится под местной анестезией, а в некоторых случаях и без нее.
Как оказалось, СК богата и жировая ткань. Эти клетки способны образовывать жировую, мышечную, хрящевую и костную ткани.
В США ежегодно производится более 300 тыс. липосакций, в результате которых выбрасывается около 600 тыс. л жира. В 2001 г. ученые обнаружили в нем СК. Исследования показали, что из них можно выращивать клетки нервов, мышц, костей, кровеносных сосудов или, по крайней мере, клетки, имеющие свойства вышеперечисленных. В некоторых областях, например в выработке новых методик лечения сердечных приступов или травм кости, исследования продвигаются быстрее, эксперименты на животных позволяют делать весьма обнадеживающие выводы.
Проблемой извлечения СК из жировой ткани человека занимаются ученые из Университета Виржинии. С их точки зрения, взрослые СК, выделенные по их методике, являются превосходным материалом для генной терапии. Такие СК можно использовать для лечения патологий, возникших после инсульта, инфаркта, травм позвоночника и других тяжелых заболеваний.
Было решено использовать общий термин «стволовые клетки из жировой ткани», хотя, скорее всего, эти клетки представляют собой смесь различных клеточных популяций: некоторые способны к дифференциации, а некоторые – уже зрелые.
Исследовательские усилия сегодня сосредоточены на идентификации протеиновых маркеров СК из жировой ткани, чтобы лучше понимать, как данные клетки дифференцируются в другие и какие факторы выделяют.
Важность исследований природы и функций СК из жировой ткани человека, а также их потенциала подчеркивалась на II ежегодной встрече Международного общества прикладного применения жировой ткани (IFATS) в Питтсбурге. В фокусе внимания ученых оказались и вопросы того, как использовать СК жировой ткани в тканевой инженерии и регенеративной медицине. В качестве приоритетных для начала клинических испытаний выделили следующие направления: заживление повреждений кости, стимуляция роста кровеносных сосудов в тканях, испытывающих дефицит кровоснабжения, лечение острых и хронических заболеваний сердца и периферических сосудов.
Образование зубов идет из клеток, которые называются ондонтобласты. СК молочных зубов обладают способностью преобразовываться в ондонтобласты, и с их помощью становится возможным восстановление зубов (вместо пломбирования). Сотрудники Национального института здравоохранения США (National Institutes of Health) обнаружили, что выпавшие детские зубы могут служить «этически чистым» источником СК. Кроме того, возможно преобразование СК молочных зубов в нервные и жировые, а значит, появляется возможность с их помощью лечить болезни, связанные с патологией нервных клеток.
Моделирование и перепрограммирование СК
Специалисты Гарвардского института СК провели следующий эксперимент. Они слили две человеческие клетки – уже существующую эмбриональную СК и клетку кожи взрослого человека. В результате этого генетический аппарат зародышевой СК стал перепрограммировать генетическую программу взрослой клетки кожи и, в конце концов, заблокировал ее. Гибридная клетка стала подобна стволовой.
Оказалось, что в гибридных клетках было больше «памяти» о взрослом состоянии, чем об эмбриональном, и гибридные клетки полностью вернулись в зародышевое состояние. Они продемонстрировали все свойства эмбриональных СК, способных превращаться в клетки разных типов. Для подтверждения полученных результатов ученые провели эксперимент с другими взрослыми клетками, выделенными из костного мозга. Все повторилось – гибридные клетки не только впадали «в детство», но, говоря образно, возвращались «в утробу».
Таким образом, появляется возможность создания стволовых зародышевых клеток человека без наличия самого зародыша. А это снимает этические и моральные проблемы, которые тормозят развитие медицины, основанной на применении СК. Кроме того, данное исследование открывает путь к возможности перепрограммирования генетической информации в клетках.
Ученые из Гарвардского университета достигли больших успехов в области создания СК. Они смогли перепрограммировать обычные клетки организма, придав им свойства столовых. Ученые из Лондонского университета вырастили из СК эмбриона человека клетки, составляющие легочную ткань, которые могут снабжать кровь кислородом. Сейчас ведутся эксперименты по получению в качестве источника для этих клеток костного мозга.
Если немного пофантазировать, то можно представить себе, что в далеком будущем, приходя к врачу, мы не будем получать таблетки и направления на операцию – доктор просто перепрограммирует клетки нашего организма. И в результате начнется процесс производства новых клеток сердца, поджелудочной железы и так далее – любой разрушающейся ткани. Кто знает, может быть, такой прорыв в медицине наступит скорее, чем мы ожидаем. Ведь разве можно было еще несколько лет назад предугадать, что для лечения сахарного диабета будут использоваться эмбриональные клетки поджелудочной железы, а нервные клетки, полученные из тканей эмбрионального мозга, станут чуть ли не панацеей для лечения болезни Паркинсона?
А знаете ли вы?
Кислород под высоким давлением мобилизует стволовые клетки
Исследователи университета Пенсильвании установили, что обычный курс гипербарической оксигенации (нахождения в барокамере при повышенном давлении воздуха с увеличенным содержанием кислорода) способен в восемь раз увеличивать количество стволовых клеток, циркулирующих в крови пациента.
Стволовые клетки содержаться в костном мозге и обладают способностью в процессе деления и дифференцировки превращаться в клетки различных органов и тканей организма. В случае необходимости они покидают костный мозг и передвигаются в пораженные в результате травмы или болезни органы, где замещают погибшие клетки, способствуя тем самым восстановлению поврежденного участка. Мобилизацию стволовых клеток можно стимулировать с no-мощью различных приемов, в том числе фармакологических средств и, как оказалось, гипербарооксигенотерапии. Причем последняя, в отличие от фармпрепаратов, практически не вызывает отрицательных побочных эффектов.
Воздействие повышенной концентрации кислорода стимулирует синтез окиси азота в костном мозге, что, по мнению исследователей, и запускает синтез ферментов, приводящих к мобилизации стволовых клеток и их выбросу в кровоток.
Возможно, дальнейшее изучение этого механизма приведет к разработке новых методов лечения различных заболеваний и травм.
По материалам сайта Cbio. ru