Стволовые клетки: какую роль они выполняют

На рубеже XXI века журналы Science, Nature, PNAS в топ-10 главных открытий мира 4 позиции отдали стволовым клеткам. Это не удивительно — жизнь берется из стволовых клеток и напрямую от них зависит.

Что такое стволовые клетки?

Стволовые клетки — недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся у многих видов многоклеточных организмов. В организме человека всего существует больше 240 типов клеток, все они потомки одной стволовой клетки — зиготы, которая образуется сразу после оплодотворения.

Когда о стволовых клетках узнали?

Сам термин «стволовая клетка» появился в 1908 году. Честь открытия принадлежит российскому ученому Александру Максимову. Он написал: «Родоначальницей всех элементов крови является специальная кроветворная клетка, которую можно назвать стволовой».

Почему стволовые клетки так важны?

Задача стволовых клеток — постоянное обновление организма. По сути, мы живы до тех пор, пока у нас есть пул самообновляющихся стволовых клеток.

Если иссякает пул клеток волосяного фоликула, наступает облысение. Если исчезает пул клеток лангерганца, синтезирующих инсулин, то возникает диабет первого типа. И так далее.

Раньше ученые считали, что стволовые клетки есть только в пуповинной крови, однако в последнее время было доказано, что стволовые клетки есть практически во всех органах. Даже в мозге.

Расширение знаний о стволовых клетках позволило разобраться с заблуждением о том, что нервные клетки не восстанавливаются. Они восстанавливаются, но не за счет нейронов, поскольку они не могут делиться, а за счет стволовых клеток, которые сохраняются в мозгу у взрослого человека.

Пластичность клетки

В течение пяти дней после слияния спермотозоида с яйцеклеткой стволовые клетки обладают очень высокой пластичностью. Из них может развиться любой тип клеток. Их в это время можно сравнить с мощнейшим биологическим компьютером, в который заложены полные программы. По мере дальнейшей специализации клеток и их роста процент стволовых клеток в организме уменьшается и возможность их пластичности снижается. Однако полностью не пропадает.

Бессмертие стволовых клеток

Если стволовые клетки культивируются не в условиях организма, то к ним неприложимо правило Хайклика, согласно которому клетка должна пройти опредленный период циклов размножения, после чего она прекращает размножаться.

В стволовых клетках не происходит укорачивания кончиков хромосом, которое приводит к потере клеткой способности к размножению. Стволовые клетки делятся ассимитрично. При этом делении одна часть идет в сторону специализации, то есть становится постепенно специализированной клеткой и теряет со сременем кончики хромосом. Вторая часть стволовой клетки сохраняет свои свойства.

Универсальные клетки

На стволовые клетки можно воздействовать определенными веществами. В зависимости от того, какими веществами воздействовать, можно направить развитие культуры стволовых клеток в определенном направлении. Если добавить ретиноивую кислоту, то культура будет двигаться в нейральном направлении, будут появляться глиальные клетки и будущие нейроны. Клетки станут размножаться, образуя ассоциации. В случае нервных клеток — нейросферы. Нейросферы можно использовать в медицинской практике.

Клетки-лекари

Стволовые клетки обладают уникальными возможностями. Когда они трансплантируются в организм, то начинают мигрировать к пораженным местам.

Российский Центр акушерства и гинекологии совместно с Институтом биологии развития и Институтом гена РАМН провели исследование, в котором культивировали клетки плода человека, пометили метками и трансплантировали в различные участки мозга. За шесть суток стволовые клетки проходили расстояние в 3-4 миллиметра, целенаправленно идя в область повреждения.

В зависимости от места, куда они трансплантировались, под влиянием локальных команд (микроокружения) шла специализация стволовых клеток в нужном направлении. Придя на место, обладая пластичностью как минимум трех видов клеток, под влияние локальных сигналов, они разворчивали ту генетическую программу и развивались по типу тех типов клеток, которые в данном месте и в данное время необходимы.

Кроветворные стволовые клетки

Из всех стволовых клеток человека самые изученные кроветворные. Они есть в пуповинной крови новорожденного, в костном мозге и в циркулирующей в организме крови. В медицине этот тип стволовых клеток применяются с конца 1960-х годов.
Именно с помощью кроветворных стволовых клеток лечат онкологические заболевания крови.
Донорская кровь для трансплантации в сепараторе под действием центробежной силы делится на слои, слой, где есть стволовые клетки забирается, вся остальная кровь возвращается назад.
Выбранные сепаратором стволовые клетки собираются в коллекционный мешок. Затем в лаборатории клетки готовят к трансплантации — пакеты запаивают и помещают в цетрифугу, скорость вращения которой 2000 оборотов в минуту. Через 12 минут плазма отделяется от стволовых клеток и плазма удаляется из мешка, а стволовые клетки продолжают готовить к трансплантации, смешивая с гормонами и химиопрепаратами, чтобы снизить риски при трансплантации.

Где и как хранятся стволовые клетки?

Стволовые клетки хранятся в криобанках при температуре 196 градусов по Цельсию. Их замораживание происходит постепенно, по 1 градусу в минуту. После разморозки клетки полностью сохраняют свои свойства. Перед транспланацией их достают из резервуара и помещают в переносной термос, затем пакет помещают между двумя емкостями с теплой жидкостью в устройстве, работающем по принципу водяной бани.

Стволовые клетки вводят в орагнизм с помощью капельницы через катетер
Кровь их сама доставляет в костный мозг, поскольку срабатывает так называемый «эффект хоуминга».

Приживление стволовых клеток — трудный этап лечения. Вирусы и бактерии особенно опасны в первый месяц, поэтому больной содержится в стерильном помещении.

В чем опасность?

Стволовые клетки — будущее биотехнологии и медицины, однако их изучение только начинается. Некоторые из рекламируемых видов лечения стволовыми клетками пока не дказали свою эффективность и безопасность. Известны случаи в которых пациенты погибли от такого лечения. Эмбриональные стволовые клетки при трансплантациях могут вызывать опухоли, хромосомные мутации и вызывать гибель соседних клеток, поэтому на сегодняшний день отношение научного сообщества к непроверенным видам лечения стволовыми клеткам крайне настороженное.