Анонсы статей



ГОЛОВНА
ГОЛОВНА Поиск
 

статьи схожей тематики

Стволовые клетки и их терапевтический потенциал

В последние годы все большее внимание во всем мире привлекают исследования стволовых клеток с точки зрения их клинического использования. Согласно современным взглядам, выделяют эмбриональные и соматические (взрослые) стволовые клетки. По этическим соображениям клетки, полученные из раннего зародыша человека, не могут быть использованы в терапевтических целях, несмотря на их высокий потенциал дифференциации. Соматические стволовые клетки, присутствующие практически во всех тканях взрослого человека, имеют значительно более высокую способность к дифференциации, чем считалось ранее. В связи с этим, они находят все более широкое применение в аутологической клеточной и тканевой терапии, которая имеет ряд преимуществ перед пересадкой целых органов. В данной статье вниманию читателей предлагается краткий обзор современных представлений о стволовых клетках и их клинического использования в регенеративной медицине.
Ключевые слова: эмбриональные стволовые клетки, взрослые стволовые клетки, регенерация, клеточная терапия.


В. А. Кордюм,
академик АМН Украины, член-кор.
НАН Украины, д. б. н., профессор;
Е. Г. Дерябина, к. б. н.
Институт молекулярной биологии
и генетики НАН Украины, Киев, отдел регуляторных механизмов клетки


При многих заболеваниях (поражение почек, сердца или печени) трансплантация органов стала клинически рутинной. Ограниченная “доступность” донорских органов, отторжение трансплантатов, иммунные реакции, побочные эффекты, вызванные иммуносупрессивной терапией, — все эти факторы ограничивают трансплантационную медицину. Данные проблемы могут быть устранены при использовании аутологичных трансплантатов. В настоящее время такая форма терапии широко используется лишь для некоторых тканей, например, аутологичных пересадок кожи при ожогах. Альтернативой использования целых органов или тканей для замещения пораженных тканей может стать использование стволовых клеток. Что же представляют собой стволовые клетки и каковы перспективы их использования в клеточной терапии?
Последние годы характеризуются настоящей революцией в изучении и использовании стволовых клеток. Понятие “стволовые клетки” существует давно, однако ранее оно использовалось, в основном, применительно к кроветворным клеткам. Согласно современному определению, стволовая клетка — это недифференцированная клетка, имеющая способность к делению (самоудвоению) в течение длительного времени, часто на протяжении всей жизни организма. При определенных условиях — при наличии сигналов дифференциации — такие клетки способны превращаться в различные типы клеток, то есть обладают потенциалом развития в зрелые клетки, имеющие характерные размеры и форму и обладающие специализированными функциями (например, клетки сердечной мышцы, нервные клетки, хондроциты и т. д.) [1].
Стволовые клетки могут быть классифицированы по их происхождению. Так, эмбриональными стволовыми клетками называются клетки, полученные из внутренней клеточной массы (inner cell mass) бластоцисты — одной из самых ранних стадий развития эмбриона. Они являются плюрипотентными, то есть способны превращаться во все типы клеток организма. Впервые эмбриональные стволовые клетки человека были получены в 1998 г. Thomson с соавт. [6]. С точки зрения возможностей использования в регенеративной медицине данные клетки являются идеальными. Так, при введении в пораженные органы животных предшественников или дифференцированных клеток (кардиомиоцитов, нейрональных клеток, инсулинсекретирующих клеток), полученных из эмбриональных стволовых клеток, наблюдается их интегрирование в дефектные ткани и проявление тканеспецифических функций [7].
Однако в связи с этическими проблемами в большинстве стран мира исследования, связанные с получением эмбриональных стволовых клеток человека, запрещены, и в настоящее время подобные работы не находят клинического применения. Продолжение исследований с эмбриональными стволовыми клетками человека возможно при использовании стабильных линий клеток, полученных из них in vitro, однако такие клетки могут быть использованы в клеточной и тканевой терапии только после получения положительных результатов по нескольким вопросам. Это касается методов направленной дифференциации эмбриональных стволовых клеток и селективного выделения чистых популяций определенных типов клеток, доказательства отсутствия опухолевой активности полученных соматических клеток, а также иммунологической несовместимости донорских клеток и организма-хозяина.
Другой альтернативной возможностью получения донорских клеток для тканевой трансплантации является использование соматических стволовых клеток взрослого организма, причем в последние 4–5 лет исследования в этом направлении проводятся крайне интенсивно. Взрослые стволовые клетки (adult stem cells) представляют собой недифференцированные (неспециализированные) клетки, которые обнаруживают в дифференцированных (специализированных) тканях.
Взрослые стволовые клетки были обнаружены во многих тканях организма человека, которые обладают мощной регенеративной способностью (например, костный мозг, гематопоэтические и мезенхимальные клетки которого уже имеют клиническое применение в клеточной терапии больных лейкемией и в костной регенеративной терапии соответственно; мезенхима, нейроны, плацента, кровеносные сосуды, жировая ткань, поджелудочная железа, печень, мышцы, кожа), а также в тканях с низким регенеративным потенциалом (например, мозг взрослых), причем эти клетки могут быть активированы.
В ряде исследований было доказано, что соматические стволовые клетки имеют более высокий потенциал развития, чем считалось ранее, и обладают значительной пластичностью. Они могут самообновляться и специализироваться во многие типы клеток. Например, ранее считалось, что мезенхимальные клетки костного мозга способны превращаться лишь в клетки костной, хрящевой и жировой тканей. Согласно же недавним данным ряда исследователей [5], они способны давать начало клеткам по крайней мере семи типов. Гематопоэтические клетки костного мозга при определенных условиях дают клетки печени, миоциты и нервные клетки [2, 3], которые, в свою очередь, способны обратно превращаться в клетки костного мозга.
В отличие от эмбриональных стволовых клеток, использование взрослых стволовых клеток не сталкивается с этическими проблемами. Кроме того, в случае использования аутологичных клеток отсутствуют иммунологические конфликты.
Концепцией терапии аутологичными стволовыми клетками является: выделение взрослых стволовых клеток, использование технологии in vitro для мультиплицирования и дифференциации их в клетки пораженной ткани, а затем использование для трансплантации.
Примерами конкретного клинического применения является: восстановление поврежденной сердечной мышцы инъекцией клеток в больную область сердца; введение клеток-предшественников из здоровой печени в печень, пораженную циррозом; инъекции нервных стволовых клеток в клетки центральной нервной системы. На рисунке 1 показано, как после введения стволовых клеток в сердечную мышцу после инфаркта миокарда наблюдается практически полное замещение ними поврежденного участка и восстановление нормального кровоснабжения [4]. Такая технология, называемая кардиопластикой, пройдя детальные испытания на животных, уже начала применяться в клинической практике.


Рис. 1 Срезы сердца подопытных Рис. 1 Срезы сердца подопытных животных
c, А) Инфаркт миокарда (МІ), в зону которого вводили стволовые клетки, полученные из костного мозга (стрелки). Стрелки указывают на регенерацию миокарда.
VM — жизнеспособный миокард;
c, b) тот же самый МІ при значительном увеличении;
c, d) небольшое и большое увеличение MІ, в который вводили стволовые клетки;
c, e) MІ, в который вводили нестволовые клетки (различимо только заживление, а восстановление без стволовых клеток не происходит)


Рис. 2 Томография изображения головного мозга больного болезнью Паркинсона до и после трансплантации ткани эмбриональных стволовых клеток. Рис. 2 Томография изображения головного мозга больного болезнью Паркинсона до и после трансплантации ткани эмбриональных стволовых клеток.
Слева: изображение, полученное перед операцией, показывает поглощение радиоактивной формы допамина (красный цвет) только в каудальных ядрах, указывая на тот факт, что допаминовые нейроны дегенерировали.
Справа: через 12 месяцев после операции изображение, взятое у того же пациента, подтверждает увеличенную функцию допамина.


В случае реконструкции центральной нервной системы (например, при болезни Паркинсона) из стволовых клеток больного получают (вне организма) допаминовые нейроны, которые затем вводят в зоны поражения, возникающие у человека при этой болезни, где они приживаются и полноценно функционируют (рис. 2). Таким образом устраняется как первопричина болезни, так и ее клинические проявления. На данный момент по такой же технологии у человека стали восстанавливать участки мозга, некротизированные после инсультов.
На сегодняшний день осталось множество открытых вопросов и специфических проблем, касающихся медицинского использования эмбриональных и взрослых стволовых клеток. Однако в связи с огромными перспективами, открывающимися для терапевтического использования этих типов клеток, необходимо проведение большого количества исследований по сравнению их потенциала. Достоинства использования аутологичных взрослых стволовых клеток для трансплантационной медицины очевидны: неограниченная доступность, короткое время ожидания результата (в отличие от ситуации с искусственными органами) и отсутствие иммуносупрессивной терапии с ее негативными побочными эффектами. В то же время, стволовые соматические клетки, полученные от взрослого организма, могут содержать аномалии ДНК, вызванные факторами окружающей среды, а также возрастные дефекты. Таким образом, это столь важное и перспективное направление регенеративной медицины — клеточная и тканевая терапия, которое во всем мире развивается крайне интенсивно — требует больших фундаментальных и клинических исследований для ускорения его широкого применения в практике.


Литература

[1] Gerlach J. C., Zeilinger K. Adult stem cell technology – prospects for cell based therapy in regenerative medicine// The Int. J. of Artificial Organs. – 2002. – Vol. 25, № 2. – P. 83–90.
[2] Lagasse T. Y., Connors et al. Purified hematopoietic cells can differentiate into hepatocytes in vivo// Nat.Med. – 2000. – Vol. 6, № 11. – P. 1229–1234.
[3] Mezey E. K. J., Chandross et al. Turning blood into brain: cells bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow// Science. – 2000. – Vol. 29, № 5497. – P. 1779–1782.
[4] Orlic D., Kajstura J., Chimenti et al. Bone marrow cells regenerate infracted myocardium// Nature. – 2001. – Vol. 410. – P. 701–705.[5] Pittenger M. F.,
Mackay A. M., Beck S. C. et al. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells// Science. – 1999. – Vol. 284. – P. 143–147.
[6] Thomson J. A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S. S. et al. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts// Science. – 1998. –
Vol. 282. – P. 1145–1147.
[7] Wobus A. M. Potential of embryonic stem cells// Molecular Aspects of Medicine. – 2001. – Vol. 22. – P. 149–164.



Статьи на похожую тематику:



зміст