Rus | Eng 
Меню
Новости
Технологии
О нас
Устав АТА
Порядок приема
Конференции
Семинары
E-Обучение
Фонды
Полезные ссылки
Контакты
Поиск



Top
Рейтинг@Mail.ru


СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: ДОСТИЖЕНИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ, НАДЕЖДЫ
Категория: АРЗНИ - 03.07.2005 | Новость от: Admin | 22-11-2005

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: ДОСТИЖЕНИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ, НАДЕЖДЫ
(по материалам западной прессы)
Г. Р. Вартапетян
Российско-Армянский (Славянский) государственный университет, медико-биологический факультет.

Как в и любой другой научной сфере, в клеточной биологии встречаются некоторые постулаты, которые в один прекрасный миг оказываются всего лишь теоремами. Так получилось, например, со стволовыми клетками и представлениями учёных о том, на что эти клетки способны.

Конец XX-го и начало XXI веков ознаменовались колоссальными достижениями в области молекулярно-клеточной биологии. Клеточные технологии стали широко использоваться в различных областях биологии и медицины, сделав реальным значительное увеличение продолжительности жизни и эффективности лечения заболеваний, ранее считавшихся практически неизлечимыми. Основными направлениями клеточных технологий считаются: клонирование целого организма, восстановление его регенеративной способности, регенерация органов и тканей из клеточных культур стволовых клеток.
Клонирование целого организма столкнулось со значительными трудностями в основном религиозного и биоэтического характера. Многие страны и практически все религиозные общины категорически выступили против экспериментов по клонированию человека, поэтому в настоящее время основное внимание уделяется двум другим направлениям.
Один из разделов регенеративной клеточной медицины, сулящий людям излечение от многих тяжелых болезней, посвящен изучению так называемых стволовых клеток. Стволовые клетки - это популяция клеток-предшественников, обладающих высоким пролиферативным потенциалом и способностью к дифференцировке в эмбрионе – в любую клетку организма, а в организме – в любые клетки данного органа. Хотя концепция стволовой клетки была предложена А. Максимовым в 1908 году для кроветворной ткани, свое развитие она получила лишь в последние десятилетия ХХ века.
Как известно, миллиарды клеток растущего организма (человека или животного) происходят всего-навсего из одной клетки- зиготы, которая образуется в результате слияния мужской и женской гамет. Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему ее последовательного развития. В ходе эмбриогенеза оплодотворенная яйцеклетка делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки, геном которых находится в «нулевой точке»,а механизмы, определяющие специализацию клеток, еще не включены, и из них потенциально могут развиться любые клетки.
Стволовые клетки нужны в любом месте, где постоянно возникает потребность в новых дифференцированных клетках, а сами дифференцированные клетки делиться не могут. Например, ядра клеток могут разрушаться, как это происходит в наружных слоях эпидермиса, или выталкиваться из клеток, как при созревании эритроцитов млекопитающих.
Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге и в очень небольших количествах, во всех органах и тканях. Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей. Они могут восстановить практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки (костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные) и стимулируя внутренние резервы организма к регенерации органа или ткани. Установлено, что в регенерации участвуют два вида стволовых клеток: специализированные тканевые и универсальные стромальные клетки костного мозга. Если тканевые стволовые клетки используются для восстановления поврежденных участков только для определенного вида ткани (костные - для костей, мышечные - для мышц и т. д.), то стромальные стволовые клетки костного мозга - универсальны. Они поступают с кровотоком в поврежденный орган или ткань и на месте под воздействием различных сигнальных веществ превращаются в нужные специализированные клетки, которые замещают погибшие.
Зачастую организм уже не в состоянии самостоятельно обновить утраченные клетки, если он ослаблен или очаг поражения слишком велик, или возраст уже не тот. Можно ли в этом случае помочь больному излечиться от цирроза, инсульта, паралича, диабета и ряда заболеваний нервной системы? В случае тяжелых повреждений организму своих собственных стромальных клеток не хватает. Ему можно помочь, вводя стромальные клетки извне. Японским ученым удалось получить из стромальных клеток костного мозга мышей клетки сердечной мышцы. Оказалось, что введение стромальных клеток костного мозга в зону повреждения сердечной мышцы (зону инфаркта) практически полностью устраняет явления постинфарктной сердечной недостаточности у экспериментальных животных. Так, стромальные клетки, введенные свиньям-"инфарктникам", уже через восемь недель полностью перерождались в клетки сердечной мышцы, практически полностью восстанавливали ее функции.
Результаты такого лечения инфаркта у животных просто поразительны. По данным Американского кардиологического общества за 2000 год у крыс с искусственно вызванным инфарктом около 90% стромальных клеток костного мозга, введенных в область сердца, полностью перерождались в клетки сердечной мышцы. Интересный эксперимент с использованием тканевых стволовых клеток провели американские исследователи. Они вырастили стволовые клетки мышечной ткани из бедренных мышц 72-летнего пациента с инфарктниктом миокарда. Затем эти клетки ввели ему непосредственно в зону инфаркта, после чего у больного было отмечено значительное улучшение сократительной способности сердца. Такая клеточная терапия восстановления повреждений сердечной мышцы после инфаркта весьма перспективна, потому что для нее используются собственные стволовые стромальные клетки организма. Они не отторгаются и, кроме того, при введении взрослых стволовых клеток исключена вероятность их злокачественного перерождения.
Применение стромальных клеток в клинической практике - уже реальность. В терапевтическом применении стромальных клеток сегодня, без сомнения, лидирует ортопедия. В руках ученых имеются уникальные вещества - особые белки, вызывающие перерождение стромальных клеток в клетки костной ткани. Результаты клинических испытаний впечатляют. В США 91-летней пациентке с незаживающим в течение 13 лет переломом вжили специальную коллагеновую пластинку с нанесенными на нее упомянутыми белками. При этом поступающие в зону перелома стромальные клетки "притягивались" к пластинке и под действием этих же белков начинали превращаться в клетки костной ткани. Через восемь месяцев после установки пластинки сломанная кость у больной практически восстановилась.
Как известно, инсульт - болезнь распространенная и пока практически неизлечимая. У мышей искусственным образом вызывали инсульт, после чего им в спинномозговой канал вводили их собственные стромальные клетки. В 100% случаев у мышей происходило частичное восстановление двигательной активности конечностей. Результат многообещающий! Поэтому неудивительно, что система Национальных Институтов Здоровья США выделила огромные средства на разработку проблемы превращения стромальных клеток в нейроны.
Стромальные клетки способны также превращаться в гепатоциты. Установлено, что при повреждении печени новые печеночные клетки (гепатоциты) и их предшественники формируются в основном из донорских стромальных клеток костного мозга. И уж совсем невероятная метаморфоза - стромальные клетки могут настолько "забыть" о своем костномозговом происхождении, что под влиянием определенных факторов превращаются даже в нервные клетки (нейроны). Через две недели после добавления специального сигнального вещества в культуру стромальных клеток они уже на 80% состоят из нейронов! Эти экспериментальные результаты вселяют надежду на излечение больных с тяжелыми поражениями спинного и головного мозга. Тем более, что (как показали многие исследователи) при введении собственных стромальных клеток костного мозга в спинномозговой канал человека они равномерно распределяются по всем отделам головного мозга, не нарушая его структуры.
Первая в мире трансплантация гемопоэтических клеток пуповинной крови была проведена Элиан Глюкман в 1988 году в клинике Святого Людвига в Париже ребенку с анемией Фанкони. К 2003 году в мире было проведено уже более 1000 таких пересадок больным с самыми различными заболеваниями как опухолевой (лейкозы, лимфомы), так и неопухолевой природы (врожденные иммунодефициты, анемии, болезни, связанные с нарушением обмена веществ).
Итак, в здоровом организме реально существует универсальный механизм залечивания повреждений с использованием внутреннего клеточного резерва - стромальных клеток костного мозга. После залечивания обширных повреждений костный мозг "пустеет", да и с возрастом запас стромальных клеток значительно уменьшается.
Эмбриональные стволовые клетки - стволовые клетки, выделяемые из ранних эмбрионов (на этапе бластоцисты или из полового зачатка 5-ти недельных эмбрионов) или тератокарциномы (опухолевой линии) in vitro. Они обладают рядом уникальных свойств, резко отличающих их от других клеток организма. Получение этих клеток неизбежно повлекло бы за собой разрушение эмбриона. С точки зрения всех христианских церквей, например, жизнь человека начинается с момента его зачатия, а не рождения из утробы матери. Иными словами, между уничтожением эмбриона - донора стволовых клеток, абортом и "обычным" убийством для людей религиозных особой разницы нет. Поэтому учёные искали способы получать стволовые клетки из других источников.
Как же осуществлять восстановление поврежденных клеток на практике? Откуда брать собственные стволовые стромальные клетки костного мозга? Ведь когда с человеком уже что-то случилось, например, сломал ногу или получил инфаркт миокарда, уже поздно отбирать костный мозг и выращивать из него культуру стромальных клеток для последующего введения в пораженный участок. Лимитирующий фактор в лечении стромальными клетками - время. Когда случился инфаркт, свои или совместимые с организмом клетки нужны немедленно и в большом количестве. Нужно ли создавать индивидуальные или донорские банки стромальных клеток для восстановительной медицины будущего? Имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствуют однозначно в пользу создания таких банков, поскольку очевидно, что пересадка собственных ГКПК больному реципиенту должна давать очень высокий, если не 100%-ный результат. В принципе, доноров найти нетрудно. Есть еще другая проблема. 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 стать донором костного мозга имеет смысл только в молодом возрасте, старикам придется использовать чужие культуры стромальных клеток.
Исследования в области эмбриональных стволовых клеток во многих странах сейчас ограничены. Одна из причин в том, что введение эмбриональных клеток пациенту, к сожалению, может привести к образованию злокачественной опухоли. На сегодняшний день говорить о клиническом использовании ЭСК - преждевременно, пока это – лабораторная практика. Современная генетика и фармакология нацелены на изучение биологии и сигналов стволовых клеток.
С середины 90-х годов не прекращались попытки получения линий эмбриональных стволовых клеток человека во многих лабораториях США, Великобритании, Канады, Индии, Австралии, Сингапура, Японии. В 1998 году Институт репродуктивной биологии в Норфолке (Канада) первым наладил производство бластоцист человека из банка спермы и яйцеклеток. На втором этапе бластоцисты использовались для выделения линий эмбриональных СК человека. Однако канадцы не успели первыми изолировать линию эмбриональных стволовых клеток человека из «лабораторных» бластоцист. Итак, весьма заманчиво взять стволовую клетку, заставить ее пройти путь дифференцировки, получить из нее готовые ткани (органы) и пересадить их в живой организм. Однако, при этом возникает ряд проблем.
Проблема первая: Основные источники эмбриональных СК - абортивный материал и искусственное оплодотворение. Католическая церковь, религиозные общины, различные общественные организации, исходя из биоэтических соображений, призывают вместе с абортами запретить и исследование эмбриональных стволовых клеток. В связи с этим во многих странах проекты, касающиеся эмбриональных СК, на сегодняшний день заморожены. Другой вариант: если, как указывалось, эмбриональная стволовая клетка бессмертна и саморазмножается, то достаточно удобно использовать бесконечную клеточную линию ее потомков. Однако время от времени происходящие генетические мутации в эмбриональных СК будут передаваться дочерним клеткам и накапливаться в последующих клеточных поколениях.
После получения эмбриональных стволовых клеток встает другая проблема: как направить их по пути дифференцировки. Потенциально из клеток-предшественников можно вырастить массу любых тканей и, в принципе, любой человеческий орган. Вопрос заключается в том, как создать соответствующие условия и подобрать сочетание индукторов, чтобы развитие эмбриональных СК пошло в нужном направлении. Работы по выращиванию органов уже ведутся и уже имеются определенные успехи.
Регенерация органов
Как правило, животное не в состоянии восстановить утраченную часть тела, если эта часть велика. Обычно после ампутации создаются условия, совершенно отличные от тех, в которых первоначально развивался удаленный орган. Но в некоторых случаях регенерация все же происходит. Хорошо изучена, например, регенерация конечностей у амфибий. Если у тритона или аксолотля удалить конечность, то происходит восстановление утраченной части независимо от расстояния до основания. На конце культи образуется бугорок из внешне
недифференцированных клеток мезенхимы, покрытый эпидермисом - так называемая регенерационная бластема.
В результате роста и дифференцировки бластемы из нее образуются именно те части конечности, которые были удалены. Бластема формируется из клеток, лежавших около поверхности разреза, и характер регенерируемых частей определяется внутренними свойствами этих клеток. Обработка бластемы ретиноевой кислотой или родственными ей веществами (производные витамина А) может приводить к поразительному искажению описанной картины: в этом случае часто образуются дополнительные структурные элементы. Например, после ампутации на уровне запястья можно получить конечность, содержащую помимо сохранившихся плеча и предплечья еще регенерированные плечо, предплечье и кисть. Эти эффекты указывают на какие-то важные, но еще не раскрытые биохимические механизмы структурообразования.
У человека есть способности к регенерации, но они в буквальном смысле ничтожны, по сравнению со способностями лягушек и тритонов, у которых сращивается даже сломанный позвоночник. Главная проблема состоит в том, что регенерация тканей у человека происходит очень медленно. Слишком медленно, чтобы произошло восстановление действительно значительного повреждения. Если этот процесс удалось бы хоть немного ускорить, то результат оказался бы куда как значительным. Например, людям, у которых отказывают почки, необходимо вернуть к жизни всего 10% почечных клеток, чтобы перестать зависеть от диализной машины. И при сердечных приступах очень многое зависит от того, какое количество ткани сердечной мышцы оказывается отмершей — 20 или 40%.
Исследования, проведённые ещё в 1991 году показали, что зародыши овцы возрастом не более шести месяцев восстанавливаются от серьёзных повреждений без каких-либо проблем. Но если возраст зародыша на несколько недель больше, можно быть уверенным: рубец останется навсегда. Как известно, повреждённая ткань млекопитающих начинает производить плотные и волокнистые рубцевые клетки, которые затягивают открытую рану. Ткань тритонов реагирует совершенно иным образом: на месте повреждения или ампутации образуется губчатое покрытие, под которым начинается совершенно иной, нежели у млекопитающих, процесс. Это могут быть определённые белки, инициирующие генетическую программу "дедифференциации" клеток. Взрослые клетки снова возвращаются в состояние стволовых клеток -базового "строительного материала" для всех биологических тканей. Иными словами, биологические часы этих клеток начинают идти в обратную сторону! Затем эти стволовые клетки, в свою очередь, начинают снова дифференцироваться в нужные типы тканей, тем самым, полностью восстанавливая повреждённые места на теле амфибии.
В 1998 году Китинг подверг мышечные клетки мышей обработке сжиженным экстрактом, взятым из-под регенерационного покрытия амфибий. К удивлению исследователей, клетки "дедифференцировались" обратно в стволовые клетки, а затем ученым удалось спровоцировать их повторную дифференциацию и превращение в жировые клетки, а также клетки костной и мышечной ткани.
Пока до конца не ясно, как заставить этот процесс начаться вообще. Предполагается, что этого можно добиться, доставив к повреждённой части тела некий ключевой белок. Он должен дать клеткам ряд генетических инструкций, которые заставят клетки начать дедифференцироваться обратно в стволовое состояние. Кстати, гормон эритропоэтин, используемый для лечения лейкемии, ускоряет производство красных кровяных телец организмом. Считается, что можно найти нечто, похожее на эритропоэтин, что будет восстанавливать и другие ткани. Какое это будет иметь значение для человечества, объяснять, кажется, излишне.
Остаётся, однако, загадкой, почему эта программа регенерации оказалась подавленной у теплокровных. Объяснений может быть несколько. Первое сводится к тому, что у теплокровных несколько иные приоритеты к выживанию, нежели у холоднокровных. Второе- быстрое восстановление обширного участка поврежденной ткани подразумевает возникновение одинаковых, быстро делящихся клеток в определённом месте. То же самое наблюдается при возникновении и росте злокачественной опухоли. В связи с этим, полагается, что для организма стало жизненно важным уничтожать быстро делящиеся клетки, а, следовательно, возможности к быстрой регенерации оказались подавленными.
Mногообещающим являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Ученым удалось заставить МСК преобразовываться в четыре вида тканей - костную, эпидермальную, жировую и мышечную. Главным достоинством МСК оказалось полное отсутствие иммунной реакции на выращенную из них и пересаженную человеку ткань. Она приживалась мгновенно, без какого-либо отторжения, вне зависимости от того, кто был донором! Иными словами, клетки МСК можно взять у одного человека, вырастить из них какую-либо ткань и пересадить её другому, без каких-либо осложнений. Более того, вне зависимости от способа получения клеток, они вели себя одинаково, когда инициировался процесс преображения в нервную или хрящевую ткань.
После того, как «выращен» трансплантат, возникает проблема иммунологической совместимости тканей трансплантата и реципиента. Каждый организм индивидуален и имеет набор генетических маркеров, по которым иммунная система распознает их: «свой» или «чужой». Решить проблему антигенной несовместимости тканей можно двумя способами: либо внедряя гены будущего реципиента в культуру эмбриональных стволовых клеток на этапе выращивания органа (до сих пор этого никому не удавалось сделать), либо угнетая иммунную систему реципиента с помощью иммуносупрессоров. Последний метод имеет большое количество негативных последствий в связи с риском развития инфекционных осложнений, опухолеобразования и не гарантирует приживление трансплантата. Есть и третий вариант - пересадка трансплантата, который заведомо не столкнется с иммунной системой реципиента, например нейротрансплантация, успешно осуществляемая при болезни Паркинсона (преградой для иммунной системы служит гематоэнцефалический барьер).
Из всего вышеизложенного следует, что при использовании соответствующих методик можно регулировать дифференциацию стволовых клеток и получать клеточные популяции, характерные практически для любой ткани. Последующим шагом может быть дальнейшее развитие клеточной популяции в нормально функционирующий орган.
Новые технологии производства искусственных органов
Американские ученые разработали уникальную технологию производства искусственных органов, позволяющую в короткие сроки вырастить практически любой орган человеческого тела. Искусственные органы, созданные в Массачусетском технологическом институте, представляют собой клеточные культуры, организованные в ткани с помощью специальной полимерной основы. Их "изюминка" заключается в том, что такой орган развивается из нескольких стволовых клеток, процесс дифференцировки которых управляется с помощью стимуляторов роста, выделяемых полимерной подложкой. А как только формирующийся орган приобретает необходимую структуру и форму, полимерная основа, которая на самом деле делается из нестойких материалов, растворяется, не мешая клеткам развиваться.
Как показали предварительные испытания, проведенные на лабораторных животных, созданные таким образом органы достаточно хорошо приживаются в организме. Правда, как считают сами разработчики, до того момента, как искусственные органы полностью заменят донорские (которых постоянно не хватает), пройдет еще немало лет.
Вместо заключения.
Использование клеточных технологий на основе стволовых клеток является одним из наиболее перспективных направлений современной биологии и медицины. Эти технологии позволяют вплотную приблизиться к лечению многих, считающихся неизлечимыми, болезней. Кроме того, использование клеточных технологий сулит колоссальные прибыли компаниям и странам, занимающим лидирующее положение в этой области. Не случайно в эту область ежегодно инвестируются десятки миллиардов долларов. Только оборот от торговли органами для трансплантации достигает миллиардов долларов. Развитие данной наукоемкой области в Армении, при ее ограниченных природных ресурсах, могло бы служить источником постоянного и устойчивого дохода и способствовало бы укреплению, как рейтинга страны, так и для привлечения дополнительных инвестиций.
Ваше имя:
Ваш e-mail:
Very Happy Smile Sad Surprised
Shocked Confused Cool Laughing
Mad Razz Embarassed Crying or Very sad
Evil or Very Mad Twisted Evil Rolling Eyes Wink
Exclamation Question Idea Arrow


Код Проверки:

Введите Код:
Запомнить
Банеры
Наши партнёры

• International Congress on Naturopathic Medicine

NewPOL Network
ՆյուՊոլ ցանց

ЦЕНТР "ИКАР"
EU 7TH FRAMEWORK PROGRAMME
PARADIGMA ARMENIA
GIS.am
АРМЕНМОТОР
ГУ-ВШЭ
ЕРЕВАК
Проекты АТА
Центр Здоровья и Долголетия
Путеводитель по Армении
Негорючая электропроводка. Эластичные чулки из быстро высыхающей гели с лечебными свойствами.
Создание на основе природных компонентов эффективного антикаогулянта, дешевого и без побочных явлений.
Инновационные проекты в области возобнавляемой энергетике.
Сигареты с лечебными свойствами.
Бизнес планы
Разведение форели
Разведение сомов
Разведение осетровых
Разведение собак
Амарант
Молочная ферма
Производство сыра
Топинамбур, новые сорта и комплексная переработка.
Получение фруктозы
Сахарный завод
Конячный завод
Винный завод
Биогумус

Armenian Innovation Center