Стволовые клетки с их способностью к трансформации кажутся чудесным средством от многих болезней. Узнайте, что такое стволовые клетки, для лечения каких заболеваний в настоящее время используются стволовые клетки и каковы перспективы развития терапии стволовыми клетками? Откуда скептицизм специалистов?
Стволовые клетки обладают способностью трансформироваться в другие типы клеток. Терапия стволовыми клетками, безусловно, является одной из самых привлекательных и многообещающих концепций современной медицины. Казалось бы, список их медицинских применений должен быть бесконечным - восстановление поврежденных тканей, выращивание замещающих органов
Факты разные. Хотя исследования стволовых клеток начались в 1960-х годах, до сих пор их использование ограничивалось несколькими строго определенными показаниями.
В идеях использования стволовых клеток нет недостатка, но их внедрение в клиническое применение ограничивается рядом факторов, среди которых на первый план выходит вопрос о безопасности данного вида терапии.
Что такое стволовые клетки?
Стволовые клетки необходимы для создания человеческого тела. На самых ранних стадиях развития человеческий эмбрион полностью состоит из стволовых клеток. Со временем они претерпевают изменения, давая начало всем клеточным линиям, из которых построено тело человека.
Вторая важная роль стволовых клеток - заселять некоторые ткани зрелого организма и выступать в роли «склада». При необходимости они способны трансформироваться в погибшие или поврежденные клетки данной ткани. Однако это возможно только для определенных тканей.
Стволовые клетки - это клетки, способные трансформироваться в другие, более специализированные типы клеток.
Самая важная особенность стволовых клеток, которая отличает их от других клеток, заключается в том, как они делятся.
Стволовая клетка может дифференцироваться во время деления, т.е. создавать дочернюю клетку определенного типа (например, мышечную, нервную или эпителиальную клетку).
Мы различаем разные типы стволовых клеток в зависимости от их природы: одни могут развиваться в любой тип дочерних клеток, а другие способны создавать только клетки, составляющие определенный тип ткани (подробнее об этом ниже).
Вторая важная особенность стволовых клеток также связана с их делением. При образовании дочерней клетки материнская клетка не исчезает бесследно. В процессе деления создается еще одна стволовая клетка, идентичная «материнской клетке».
Таким образом, результатом деления стволовых клеток является одна стволовая клетка и одна специализированная дочерняя клетка.
Этот механизм называется самообновлением. Благодаря этому стволовые клетки не «изнашиваются» и не дают уменьшаться размеру своего пула.
Типы стволовых клеток
Как уже упоминалось, стволовые клетки могут превращаться в другие типы клеток в процессе своего деления. Так может ли любая стволовая клетка стать любой дочерней клеткой? Ну нет.
Стволовые клетки делятся на четыре подгруппы в зависимости от того, насколько широкий спектр клеток может быть получен в результате их деления.
Стволовые клетки, из которых состоит человеческий эмбрион, способны давать начало всем видам клеточных линий. В свою очередь, некоторые стволовые клетки, населяющие ткани взрослого человека, могут трансформироваться только в определенный тип клеток, из которых построена данная ткань.
Деление стволовых клеток в связи с возможностью создания множества дочерних клеток происходит следующим образом:
- тотипотентные стволовые клетки
Это клетки с самым широким потенциалом дифференцировки, способные развиваться в любой тип дочерних клеток. Тотипотентные клетки образуют зиготу (клетку, образовавшуюся в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом), а также зародыш на самых ранних стадиях его развития. Тотипотентные клетки могут давать начало всем типам клеток, из которых состоит тело человека.
- плюрипотентные стволовые клетки
Плюрипотентные клетки также могут развиваться во многие типы клеток. Исключением, однако, являются плацентарные клетки. Плюрипотентные клетки называются эмбриональный узел, являющийся одной из структур, формирующихся в первую неделю развития эмбриона.
Читайте также: Развитие плода: как развивается плод по неделям
Плюрипотентные клетки зародышевого узла дают три так называемых зародышевые листки, из которых развиваются все ткани нашего организма. Хотя названия зародышевых листков звучат немного сложно (эктодерма, мезодерма и энтодерма), ткани, возникающие из них, знакомы.
Кожа и нервная система формируются из эктодермы, кровеносная и костно-мышечная системы из мезодермы, а дыхательная система и большая часть пищеварительной системы из энтодермы.
- мультипотентные стволовые клетки
Мультипотентные клетки представляют собой группу стволовых клеток с несколько более узким потенциалом дифференцировки. Хотя они все еще могут давать начало нескольким типам клеток, обычно это клетки одного и того же типа. Флагманским примером клеток этой подгруппы являются мультипотентные клетки костного мозга, также называемые гемопоэтическими стволовыми клетками. Они могут трансформироваться в любые клетки крови, например, эритроциты или различные виды лейкоцитов. Однако они не могут производить клетки, из которых строятся другие ткани.
- унипотентные стволовые клетки
Этот тип клеток может развиться только в один тип дочерних клеток. Унипотентные клетки обычно представляют собой резервуар, обеспечивающий обновление и восстановление тканей взрослого организма. Примером унипотентных клеток являются эпидермальные стволовые клетки кожи человека.
Где взять стволовые клетки
Есть два основных способа получения стволовых клеток.
Первым источником является человеческий эмбрион, из которого извлекаются так называемыеэмбриональные стволовые клетки. Этототипотентныеилиплюрипотентные клетки, поэтому они могут дифференцироваться во все типы тканей.
Второй тип стволовых клеток - это так называемыесоматические стволовые клетки (они же «взрослые» стволовые клетки). Этот тип клеток происходит, как следует из названия, из организма взрослого человека.
В нормальных условиях это клетки, населяющие различные органы
- костный мозг
- мышцы
- печень
- скин
- кровеносные сосуды
В этих органах стволовые клетки действуют как резервуар, позволяющий регенерировать поврежденные ткани.
Нетрудно догадаться, что соматические стволовые клетки обладают более ограниченным потенциалом к дифференцировке по сравнению с клетками эмбрионального происхождения. Клетки взрослого организма являютсямультипотентнымиилиунипотентными, то есть могут развиваться в клетки сходного типа или даже только в один тип дочерних клеток.
Поиск и получение соматических стволовых клеток во взрослом организме - непростая задача. Количество этих типов клеток в тканях очень мало.
После сбора их очень сложно вырастить в лаборатории, поэтому трудно получить больше.
На данный момент взрослые стволовые клетки получают только из нескольких источников. Для гемопоэтических стволовых клеток это:
- костный мозг
- периферическая кровь
- пуповинная кровь
В свою очередь из жировой ткани и костного мозга можно получить т.н.мезенхимальные стволовые клетки. Они могут трансформироваться в разные типы тканей:
- кость
- хрящ
- мускулистый
- жирный
Терапия с использованием мезенхимальных стволовых клеток все еще находится на стадии исследований - пока их безопасность и эффективность не подтверждены.
Стоит упомянуть еще об одном типе стволовых клеток, представляющем собой гибрид двух вышеперечисленных. Это так называемоеиндуцированные плюрипотентные стволовые клетки.
Это стволовые клетки, полученные из взрослого организма, которые были перепрограммированы в лабораторных условиях таким образом, чтобы приобрести характеристики половых клеток.
Текущие области применения стволовых клеток
Поскольку мы уже знаем типы и возможности дифференцировки стволовых клеток, остается вопрос - какие из них и как используются в медицине?
- эмбриональные стволовые клетки
Эмбриональные стволовые клетки не одобрены ни для одного вида терапии. Почему? Вот несколько причин.
Во-первых, их использование вызывает этические дилеммы. Эмбриональные стволовые клетки получают из эмбрионов, предназначенных для научных целей, чаще всего генерируемых во время процедур, связанных с экстракорпоральным оплодотворением. Этические проблемы являются одним из факторов, ограничивающих прогресс научных исследований полученных таким образом стволовых клеток.
Второе препятствие на пути использования половых клеток чисто научное. Это клетки с высоким потенциалом дифференцировки, которые могут развиться в любой тип дочерних клеток. До сих пор не найдено ни одного способа контролировать их поведение.
Эмбриональные стволовые клетки при имплантации в организм человека создают опухоли, состоящие из различных, хаотично расположенных клеток. Опухоли этого типа называются тератомами (лат. teratoma). Мы постоянно ищем способы направить зародышевые клетки таким образом, чтобы они трансформировались в нужную ткань.
Использование эмбриональных стволовых клеток также связано с риском отторжения - они являются чужеродным материалом (аналогично пересадке органов от неродственного донора).
Этот риск намного ниже, когда используются взрослые стволовые клетки, когда и донор, и реципиент являются одним и тем же пациентом. Эта процедура называется аутологичной трансплантацией.
- взрослые стволовые клетки
Хотя использование взрослых стволовых клеток также связано со многими ограничениями, в настоящее время в медицине используется только этот тип стволовых клеток. Получение взрослых стволовых клеток не требует культивирования эмбрионов, поэтому возникает определенно меньше моральных дилемм. Взрослые стволовые клетки используются в следующих видах терапии:
- трансплантация гемопоэтических стволовых клеток
Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток в настоящее время является единственной рутинной терапией стволовыми клетками, успешно используемой во всем мире. так называемые трансплантация костного мозга является методом лечения многих гематологических заболеваний.
Во-первых, их применяют у больных с первичными иммунодефицитами, которые являются врожденными аномалиями иммунной системы. Пересадка костного мозга часто является их единственным способом получить правильно функционирующие иммунные клетки.
Вторая группа пациентов, которым может потребоваться трансплантация гемопоэтических стволовых клеток, это те, чей костный мозг был поврежден, например, в результате агрессивного лечения рака.
Такая ситуация может быть желательна в случае онкологических заболеваний крови (например, лейкозов), когда целью терапии является разрушение пораженной раковым процессом системы кроветворения, а затем ее восстановление с помощью имплантированных стволовых клеток.
- лечение обширных ран эпидермальными стволовыми клетками
Эпидермальные стволовые клетки - один из способов заживления обширных ран, таких как ожоги.
Вся процедура заключается в следующем: сначала из фрагмента здоровой кожи пациента берут эпидермальные стволовые клетки.
Эти клетки затем культивируются в лаборатории в условиях, позволяющих им интенсивно размножаться.
После получения соответствующего количества клеток их помещают на поверхность раны.
Дополнительным преимуществом терапии является невозможность отторжения организмом пациента такой «повязки» - она была изготовлена из его собственных клеток.
- офтальмологическое лечение с использованием лимбальных стволовых клеток
Относительно недавно зарегистрирована еще одна терапия с использованием стволовых клеток. Речь идет о препарате, содержащем лимбальные стволовые клетки, позволяющем реконструировать эпителий роговицы (передний, наружный слой глазного яблока).
Как и в предыдущем случае, «источником» клеток является сам пациент, точнее его здоровый глаз.
После того, как стволовые клетки собраны, их размножают в лаборатории, а затем вводят в пораженный глаз. Показанием к терапии является дефицит лимбальных стволовых клеток, например, вследствие повреждения химическим веществом.
Будущее стволовых клеток
Вышеприведенный текст обобщает текущее и, по-видимому, очень ограниченное применение стволовых клеток в медицине.
Предмет исследований в этой области очень сложен, и стволовые клетки по-прежнему вызывают больше вопросов, чем ответов.
В научном мире то и дело появляется информация о прорывных открытиях, связанных с ними, но, к сожалению, во многих случаях оказывается, что опубликованные результаты исследований не соответствуют действительности.
Так было, например, в случае громкой попытки имплантации стволовых клеток костного мозга в постинфарктный рубец в сердечной мышце. Якобы положительные результаты такой терапии вызвали шквал испытаний в других клинических центрах, но все эксперименты в конечном итоге потерпели неудачу.
Чтобы иметь возможность эффективно и безопасно использовать стволовые клетки в медицине, необходимы еще многие годы исследований
Ученые постоянно пытаются узнать больше о необычных механизмах их функционирования.
Какие факторы влияют на процесс дифференцировки стволовых клеток?
Можно ли контролировать этот процесс?
Что делать, чтобы эффективно их размножать?
Какие из ранее неизлечимых заболеваний действительно имеют шанс вылечиться с помощью такой терапии?
Эти и многие другие вопросы являются предметом постоянных научных исследований.
Здесь стоит упомянуть, что хотя терапевтическое применение стволовых клеток ограничено, они полезны в других областях медицины.
Одним из примеров являются исследования раковых процессов. Стволовые клетки позволяют моделировать такой процесс в лабораторных условиях, а затем тестировать на них потенциальные методы лечения (например, новые противораковые препараты).
Направления текущих исследований стволовых клеток включают применение в:
- нейродегенеративные заболевания (например, болезнь Альцгеймера)
- травмы спинного мозга
- скелетно-мышечные травмы
или, наконец, попытки реконструировать целые органы (например, поджелудочную железу при диабете I типа).
Мы должны знать, что стволовые клетки не являются панацеей, и каждое потенциальное применение исследуется независимо и должно пройти серию клинических испытаний, прежде чем будет одобрено.
Наконец, стоит также предостеречь от «клиник», предлагающих терапию стволовыми клетками без разрешения.
Такого рода эксперименты заканчиваются в лучшем случае деньгами, а в худшем - здоровьем и даже жизнью.