Стволовые клетки. 6

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Стерлитамакский филиал

Федерального Государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования 

«Башкирский Государственный  Университет » 

Кафедра химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по Медицинской химии

на тему : «Стволовые клетки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 

естественнонаучного факультета

ОДО 3 курса ХВС-31

 Мухамадеева Гульназ Рафисовна

Проверила: старший преподаватель 

кандидат химических наук

Залимова Марзия Минизакировна

 

 

 

 

 

 

 

Стерлитамак 2012

 

Общие представления о  стволовых клетках

 

Стволовые клетки - это популяция так называемых клеток-предшественников, обладающих высоким пролиферативным (способностью делиться) потенциалом и способностью к дифференцировке - развитию в зрелые, образующие ткани и органы клетки. Проще говоря, стволовые клетки- это та основа, из которой развивается весь организм. Так, зародыш целиком состоит из стволовых клеток, которые начинают постепенно дифференцироваться в клетки будущих органов и тканей. Особое свойство стволовой клетки состоит в том, что генетическая информация, заключенная в её ядре, находится как бы в "нулевой точке" отсчета. Дело в том, что все неполовые клетки живых организмов (соматические клетки) дифференцированы, то есть выполняют какие-либо специализированные функции: клетки костной ткани формируют скелет, кровяные - отвечают за иммунитет и разносят кислород, нервные - проводят электрический импульс. А стволовая клетка еще не "включила" механизмы, определяющие её специализацию. В "нулевой точке" её геном ещё не "запустил" ни одной программы и, что особенно важно, не начал выполнять программу размножения.  

Виды стволовых  клеток

Эмбриональные стволовые  клетки

 

• тотипотентные - клетки эмбрионов и внезародышевых оболочек до имплантации (11 день после оплодотворения), способные дифференцироваться в полноценный организм;
• полипотентные клетки эмбриона с постимплантационного периода до 8 недели включительно, способные дифференцироваться в целостный орган или тканевую структуру.

Фетальные стволовые  клетки

 

• клетки, находящиеся в пуповинной крови, плаценте, способные трансформироваться в разные типы клеток (мультипотентные клетки).

Клетки взрослого организма

 

• гемопоэтические стволовые клетки - находящиеся в кроветворных органах и крови(обычно в пуповинной), способные давать начало, в основном, различным росткам кроветворения;
• мезенхимальные (стромальные) стволовые клетки, находящиеся в костном мозге, обладающие способностью к дифференцировке в остеобласты, хондроциты, теноциты, адипоциты, миобласты, фибробласты;
• стволовые клетки других тканей (регионарные) [кожи, сосудов, нервной ткани и других] находятся в соответствующих тканях и дифференцируются в клетки этих тканей.

 

Подгруппа эмбриональных СК, получаемых путём терапевтического клонирования.

Для этого у пациента берут соматические клетки. Из них  удаляют ядра с генетической информацией. Затем берутся донорские яйцеклетки. Из этих яйцеклеток удаляется ядро и на его место вводится ядро клетки ткани пациента, несущее его наследственную информацию. В лабораторных условиях она делится до стадии бластоцисты.                                                                                                                                                                                                                 

Регионарные (соматические) стволовые клетки

 

Небольшие количества стволовых клеток присутствуют в тканях многих органов (например, в базальном слое эпидермиса - стволовые клетки эпидермиса, в  криптах кишечника, стволовые клетки кишечника). Такие стволовые клетки называются региональными (соматическими) при повреждении тканей соответствующего органа, находящиеся в нем стволовые клетки мигрируют к зоне повреждения, делятся и дифференцируются, образуя в этом месте новую ткань.

Попадая в пораженное инфарктом  сердце, они преобразуются в клетки сердечной мышцы - миоциты, в пораженном инсультом головном мозгу - в нейроны  и глиальные клетки, в печень - гепатоциты и т.д.

Регионарные стволовые клетки могут  быть получены как из эмбрионов и плодов, так и тканей взрослого организма (например, костный мозг, периферическая кровь). Таким образом, в настоящее время по способу получения выделяют 2 группы стволовых клеток:

-аллогенные стволовые клетки (полученные из донорского материала)

-аутологичные или собственные стволовые клетки

Аллогенные стволовые  клетки

 

Когда оплодотворенная  яйцеклетка начинает делиться, образуются первые тотипотентные стволовые  клетки. Примерно через 4 дня они  начинают дифференцироваться. Образуются плацента, экстраэмбриональные органы и собственно эмбрион. На этой стадии она называется бластоцистом - тотипотентных клеток уже нет. Плюрипотентные клетки образуют две популяции. Первая представляет собой массу клеток, расположенную внутри эмбриона, и в дальнейшем образующую различные органы будущего организма, вторая - будущие половые клетки - сначала размещается внутри желточного мешка, а позднее мигрирует в формирующиеся половые органы.

Позднее плюрипотентные клетки продолжают дифференцироваться, превращаясь в специализированные стволовые клетки - мультипотентные. Одни из них могут образовывать различные клетки крови, другие - нейроны и глиальные клетки нервной системы, третьи - различные клетки кожи и т.д.

Однако, применение фетального клеточного материала может быть небезопасным с точки зрения контаминации различными инфекционными агентами (вирусное и микробное заражение). Известно также, что стволовые клетки, полученные из эмбрионов и плодов при приживлении в организме, зачастую начинают экспрессировать собственные антигены гистосовместимости 2 класса и впоследствии уничтожаются иммунной системой реципиента.

Аутологичные или собственные  стволовые клетки

 

История изучения регионарных  стволовых клеток началась ещё 40 лет  назад. Основу науки о стромальных  клетках заложили русские ученые А. Я. Фриденштейн и И.Л.Чертков. Они описали, что костный мозг состоит из двух видов стволовых клеток. Одна популяция, названная гемопоэтическими стволовыми клетками, формирует все типы клеток крови. Они могут также дифференцироваться в клетки головного мозга, печени, сосудов. Вторая популяция, названная стромальными (мезенхимальными) стволовыми клетками костного мозга, была описана несколькими годами позже. По сравнению с гемопоэтическими их в костном мозге совсем немного, и они представляют собой более сложные долгоживущие системы, которые обновляются достаточно редко. Как показали последние исследования, стромальные клетки, кроме того, что в небольшом количестве находятся в различных органах и тканях, также как и предшественники клеток крови, постоянно циркулируют в кровотоке.

Эти клетки способны дифференцироваться в клетки хрящевой, костной, мышечной, жировой тканей, ткани печени и  кожи. Причем способность к таким  превращениям у них сохраняется  и при выращивании колонии  из одной единственной стромальной клетки.

В случае тяжелых повреждений  организму своих собственных  стромальных клеток не хватает. Ему  можно помочь, вводя стромальные  клетки из вне. То есть возможно вырастить  большое количество стромальных  клеток, а затем с помощью специальных сигнальных веществ направить их "по нужному пути" - для восстановления поврежденных тканей.

В отличие от эмбриональных  стромальные стволовые клетки - проверенный  природой собственный восстановительный  резерв организма. Риск иммунного отторжения собственных стромальных клеток отсутствует. Применение стромальных клеток безупречно и с морально-этической точки зрения.

Самым важным свойством  стволовых клеток, определившим бурный рост исследовательских проектов с  использованием СК, является плюрипотентность, то есть способность дать начало, по меньшей мере, 350 различным типам клеток. Это свойство открывает широкие перспективы практического использования СК в биологии и медицине. Потенциально, во всех случаях, когда какое-либо заболевание связано с "клеточной поломкой", могут быть использованы СК.

     По утверждению  журнала Science выделение и размножение  в питательной среде эмбриональных  стволовых клеток является третьим  по значимости открытии в биологии (после расшифровки двойной спирали  ДНК и завершении научной программы «Геном человека»).

 

Выделение и сохранение стволовых клеток.

 

Выделение и сохранение стволовых клеток может рассматриваться  как форма биологического страхования, поскольку с возрастом количество стволовых клеток в организме уменьшается, а именно они, по мнению, ученых смогут в будущем стать панацеей от многих болезней. Плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка, очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако существует мнение, что количество стволовых клеток в пуповинной крови не достаточно велико, и эффективное их применении возможно только однократно для самого ребёнка до 10 лет.Сегодня в основном в Банках стволовых клеток хранятся клетки, выделенные из пуповинной крови, собранной при рождении ребенка. Но уже начинают появляться Банки, которые предлагают услуги по хранению взрослых стволовых клеток, выделенных из костного мозга. - однажды полученные, клетки могут храниться десятилетиями в жидком азоте при температуре -196С°;

 

Преимущества сохранения собственных стволовых клеток:

 
- каждый образец проходит тщательный  бактериологический и вирусологический контроль; 
- кровные родственники (братья, сестры, мать, отец) имеют высокий шанс оказаться иммунологически совместимыми и в случае необходимости могут стать реципиентами стволовых клеток ребенка; 
- стоимость затрат на выделение и «именное» (персональное) хранение клеток из пуповинной крови в десятки раз меньше, чем поиск и приобретение аналогичных, но донорских; 
- область применения клеточных технологий постоянно расширяется: с развитием медицинской науки, заблаговременно заготовленные стволовые клетки могут стать незаменимой основой для новейших способов лечения многих заболеваний .

 

 

 

 

 

 

 Использование стволовых  клеток в различных областях медицины.

НЕВРОЛОГИЯ

Фетальные клетки мозга эмбриона используют сегодня в Германии для терапии людей с неизлечимой наследственной болезнью Хантингтона (Chorea Huntington). Медики из университетской клиники Фрайбурга трансплантировали в 2006 году 16-ти пациентам стволовые клетки из мозга абортированных зародышей. Уже спустя два года после операции стали заметны улучшения: симптомы болезни перестали прогрессировать. Если терапия себя оправдает, то у 8000 жителей Германии, страдающих этой болезнью, появится надежда: другого метода лечения для этого смертельного заболевания просто не существует. В планах фрайбургских врачей - проведение подобной терапии для пациентов с болезнью Паркинсона в рамках интернационального клинического испытания с участием 400 человек.

Лечение неврологических  заболеваний клетками из пуповинной крови проводится в немецких клиниках пока в качестве экспериментальных попыток излечения. Так, в июле 2009 года в Бохуме врачи успешно провели пересадку аутологичных клеток из пуповинной крови 3-х месячному младенцу с острым воспалением оболочки мозга. А в начале того же года 3-х летнему малышу, ослепшему после остановки сердца, с помощью аутологичных стволовых клеток из пуповинной крови в той же клинике вернули зрение: отвечающие за это функции мозга снова заработали. Что касается клинических исследований, сейчас в Америке проводятся два испытания по терапии детского церебрального паралича и других повреждений мозга стволовыми клетками из замороженной пуповинной крови маленьких пациентов.

Тестируется и терапия аутологичными зрелыми стволовыми клетками. Так, в США, в Чикаго, в ходе клинического испытания терапии ремитирующего ¨рассеянного склероза аутологичными кроветворными стволовыми клетками доктор Ричард Брут (Dr. Richard Burt) и его коллеги решились на кардинальные меры:  у двадцать одного пациента извлекли сначала кроветворные клетки из крови, затем полностью разрушили иммунную систему химиотерапией и снова вернули пациентам назад здоровые стволовые клетки. Таким образом, вместо больной иммунной системы доктора попытались создать здоровую. По наблюдениям врачей за 3 года ни у кого из пациентов не замечалось ухудшений, 17 избавились от недержания мочи и смогли лучше двигаться, 16 пациентов не испытывали рецидивов – в то время как до терапии приступы повторялись два раз в год.

КАРДИОЛОГИЯ

В кардиологии  относительно весомых результатов удалось добиться терапией зрелыми аутологичными стволовыми клетками. Здесь не только в стадии испытаний на животных, но и в клинических исследованиях ученые зарегистрировали обнадеживающие эффекты. В частности, для минимизации последствий инфаркта у пациента берутся стволовые клетки из костного мозга и вводятся в сердечную мышцу. Благодаря этому сердце начинает лучше прокачивать кровь. Это, к примеру, установил профессор Густав Штайнхофф (Gustav Steinhoff), директор Клиники сердечной хирургии при университетской клинике Ростока (Klinik und Poliklinik für Herzchirurgie am Uniklinikum Rostock), в ходе масштабного долголетнего клинического исследования. Этот метод применяется сегодня во многих немецких лечебных учреждениях.

Два года назад  исследователи из Университетской  клиники Дюссельдорфа сообщили об успехах, достигнутых в лечении атеросклероза  на ранних стадиях. Для терапии медики трансплантировали мононуклеарные  стволовые клетки из костного мозга в мускулы и артерии сердца. После терапии прооперированные смогли без боли преодолевать путь в 4 раза длиннее, чем до терапии.  

ДИАБЕТОЛОГИЯ

Сахарный диабет – одна из болезней, на лечение которой с помощью стволовых клеток возлагаются большие надежды. Никакая другая терапия до сих пор не была способна нормализовать работу бета-клеток поджелудочной железы, которые вырабатывают инсулин. Именно в их некорректной работе или разрушении кроется причина заболевания. Стоит только заменить их на здоровые бета-клетки, и больные инсулинозависимым диабетом (или сахарным диабетом 1-го типа) перестанут нуждаться в регулярных инъекциях инсулина. Такие клетки можно было бы, например, вырастить из ЭСК. Фирме «Novocell», расположенной в Калифорнии, удалось получить из эмбриональных клеток клетки, способные производить инсулин. Их трансплантировали мышам-диабетикам. По данным компании, попав в организм, клетки начали регулировать производство инсулина, ориентируясь на уровень сахара в крови грызуна. Но при этом исследователи также обнаружили и опухоли, которые начали образовывать эмбриональные клетки.  Работы по развитию клеток, не несущих с собой такие осложнения, продолжаются.

Тестируется терапия стволовыми клетками из пуповинной крови. Ученые из флоридского университета смогли в результате клинического исследования с участием семи детей с диабетом 1-го типа установить, что трансплантация собственных СК из пуповины улучшает показатели сахара в крови и снижает потребность в инъекциях инсулина.

Проводятся эксперименты и со зрелыми аутологичными клетками из костного мозга. Здесь утверждения экспертов разнятся.  Исследователи из госпиталя Children’s Hospital of  Philadelphia пришли к выводу, что аутологичные стволовые клетки никак не влияют на производство инсулина организмом и не могут превращаться в бета-клетки. В то же время несколько клинических испытаний показали, что благодаря трансплантации аутологичных стволовых клеток синтез инсулина повышается и падает потребность в инсулине «извне». Так, исследование Вольтарели из университета Сан Пауло показало, что у 14 из 15 испытуемых назначение кроветворных стволовых клеток вело к продолжительной независимости от инсулина. Один пациент смог на 35 месяцев и вовсе отказаться от инсулина, 4 пациента смогли жить «без шприца»  21 месяц, 7 больных – 6 месяцев, 2 – от 1 до 5 месяцев. Однако улучшения оказались, в основном, временными.  Ученым сегодня до конца неизвестно, что именно приводит к зарегистрированным в имеющихся испытаниях улучшениям и что именно происходит со стволовыми клетками после пересадки. И тем более, неизвестно какие осложнения возможны – об этом относительно точные данные могут дать только широкомасштабные долговременные независимые друг от друга клинические испытания. А таких еще в сфере терапии диабета стволовыми клетками проведено не было.

ОРТОПЕДИЯ

Наибольших успехов  медики достигли здесь в лечении  артрозов. Одним из первых специалистов, кто начал применять терапию  стволовыми клетками из костного мозга  пациента для лечения артроза коленного сустава является эксперт нашего журнала доктор Юрген Тофт (Jürgen Toft), директор Центра колена в Мюнхене (Knie Zentrum München). С 1981 года он провел более 6000 таких операций, но не перестает удивляться, какие эффекты может дать подобная терапия. Так, совсем недавно, в сентябре 2009 года он зарегистрировал необычный случай: после инъекции стволовых клеток новая ткань была видна на снимке магнитно-резонансной томографии уже спустя 3 дня. «Такого я еще не видел никогда, - удивляется хирург, - и это при 30 000 операций, проведенных мной на коленном суставе!»

В прошлом году ученые из Геттингского университета обнаружили в пораженном артрозом коленном суставе ранее неизвестную популяцию  клеток-предшественников, подобных стволовым. Ученые предполагают, что новый вид клеток послужит хорошим материалом дла наращивания поврежденного хряща. Любопытно, что в здоровых тканях таких клеток не нашли. Исследователи предполагают, что эти клетки – «посланцы» из костного мозга для «ремонта» хряща. Теперь ученые поставили задачу так манипулировать клетками, чтобы из них выросла здоровая ткань взамен поврежденной.Видя очевидные успехи терапии стволовыми клетками, немецкие страховые медицинские компании начали выборочно оплачивать стоимость пересадки стволовых клеток. Так, сегодня оплачивается трансплантация костного мозга, пересадка хрящевых стволовых клеток , а также частично терапия стволовыми клетками в кардиологии. В остальных случаях частичное или полное возмещение расходов на терапию стволовыми клетками страховыми кассами не практикуется.

 

 

Плюсы и минусы.

 

Нетрудно догадаться, что недостатки и преимущества той  или иной терапии напрямую зависят  от типа стволовых клеток, в ней  применяемых.

Терапия эмбриональными  стволовыми клетками в идеале предлагает врачам сказочные возможности: благодаря их универсальной способности превращаться в любые органы и ткани из них можно было бы в специальной питательной среде выращивать «запчасти» для организма и трансплантировать их больным. Или впрыскивать напрямую в организм человека инъекции стволовых клеток, чтобы новые органы или их отсутствующие части росли непосредственно там. Подобный «рынок запчастей» избавил бы от необходимости искать доноров для трансплантации органов.

Но это только в идеале. Потому что на практике ученые сталкиваются с рядом трудностей, которые пока ставят терапию эмбриональными клетками под вопрос. И первая из них начинается уже на стадии искусственного размножения ЭСК в питательной среде: исследователи заметили, что чем большее число раз обновляется клетка, тем вероятнее генетические ошибки – например, образование лишних хромосом. Кроме того, при трансплантации ЭСК в организм может начаться реакция отторжения – как это происходит при трансплантации любого чужеродного органа или ткани.  Также во время опытов на животных ученые отметили, что эмбриональные клетки часто развиваются не в задуманную испытателями ткань или орган, а хаотично сразу в несколько, в итоге развивается опухоль из эмбриональных тканей – тератома. Кроме того, они способны спонтанно перерождаться в раковые клетки.

Но самая главная  трудность: ученые до сих пор точно  не знают, какие сигналы нужно  подать эмбриональной клетке, чтобы  она развивалась в нужном направлении.

Пока этот механизм до конца не разгадан, поведение  эмбриональных клеток остается непредсказуемым. Поэтому применение терапии эмбриональными стволовыми клетками – сегодня крайне рискованное занятие.

До сих пор  исследования по применению ЭСК проводились  в основном на животных. Летом 2009 года впервые в мире в Америке было официально разрешено провести клинические испытания эмбриональными стволовыми клетками на парализованных больных. 

 

Терапия фетальными стволовыми клетками более предсказуема, чем терапия эмбриональными: ведь эти клетки более дифференцированны и могут развиться только в определенный вид ткани или органов. Уже в 1987 году эти клетки были протестированы для терапии болезни Паркинсона. Именно для лечения неврологических заболеваний фетальные клетки, по мнению ученых, подходят лучше, чем эмбриональные или зрелые. Эмбриональные клетки, как писалось выше, непредсказуемы, а посему могут привести к развитию опухоли или рака в мозгу. А взрослые стволовые клетки с трудом изолируются из мозга взрослого человека. Поэтому на сегодняшний момент для лечения неврологических заболеваний преимущественно тестируется терапия фетальными стволовыми клетками, взятыми из мозга зародыша.

Ее недостаток: фетальные клетки вне организма  матери живут недолго. Поэтому решение  о трансплантации должно приниматься  в течение одного-двух дней после аборта. И, кроме того, вероятна реакция отторжения. 

 

Терапия клетками из пуповинной крови применяется в медицине уже давно. Первая трансплантация стволовых клеток из пуповины была проведена в 1988 году: благодаря ей, тогда 5-летний Мэтью Фарроу (Matthew Farrow) был исцелен от анемии Фанкони - врожденного смертельного заболевания крови. С тех пор для более чем 10 000 пациентов проведена подобная терапия. Пуповинная кровь легко и безболезненно выделяется из отсеченной пуповины. Стволовые клетки, как описывалось ранее, еще незрелы и, в основном, хорошо переносимы, подвижны и обладают большим потенциалом, чем зрелые стволовые клетки.

Самое ценное преимущество этой терапии состоит в том, что  стволовые клетки из пуповины можно  заморозить, и они сохранят свои качества минимум 20 лет (более длительных наблюдений пока не существует). Благодаря банкам пуповинной крови в любой момент можно найти подходящую донорскую кровь.

Основной недостаток этой терапии: стволовые клетки можно  извлечь только один раз - при рождении. Из этого следует и следующий минус: максимально из пуповины можно «выжать» до 100 мл. крови. Для терапии взрослого человека – крайне мало. Но сегодня при соблюдении определенных условий производят трансплантацию из комбинации стволовых клеток двух доноров.  

 

Терапия зрелыми стволовыми клетками на данный момент - самая распространенная. И далеко не новая. Вспомним те же пересадки костного мозга: это ни что иное как пересадка зрелых стволовых клеток костного мозга. Первая подобная пересадка донорского костного мозга была проведена еще в 1969 году в Сиэтле доктором Э.Томасом (E.D. Thomas) пациенту, больному раком крови. Благодаря этому методу сегодня до 80 % детей излечивают от лейкемии.

Ученые каждый год открывают новые возможности  терапии зрелыми клетками. Так, стволовые клетки жировой ткани используют в терапии обожженных участков кожи (для заживления) и при переломах костей (для восстановления поврежденной костной и хрящевой ткани).

Важно отличать два вида лечения зрелыми стволовыми клетками: терапию собственными клетками (аутологичная) и клетками донора (аллогенная). При аутологичной трансплантации не возникает реакции отторжения, когда же используются клетки донора, такое осложнение более чем вероятно.

Недостатки этой терапии вытекают из свойств самих клеток: они очень ограничены в делении, с годами их становится все меньше. Поэтому - чем старее организм, тем труднее провести терапию собственными стволовыми клетками. Впрочем, сегодня возможно размножение этих клеток в особой питательной среде, но ждать, пока необходимое количество «нарастет», нужно порой два месяца.

Терапия зрелыми  клетками, превращенными в эмбриональные (IPSC-клетками) пока не применяется на людях. Идут тестовые испытания на животных.

 

Омолаживающий эффект.

 

С точки зрения официальной биомедицинской науки мы еще не знаем на самом ли деле стволовые клетки обладают омолаживающим эффектом. Дело в том, что в медицине не определено понятие «омоложение» и его критерии. Другое дело – субъективные ощущения, которые испытывает человек после введения таких клеток с целью омоложения. У 60-80 процентов пропадает сонливость, появляется энергия, улучшается настроение, появляется или повышается потенция у мужчин, усиливается работоспособность и так далее, - объясняет специалист информационного портала, специализирующийся на стволовых клетках.

Несмотря на распри, большинство специалистов сходятся на том, что приоритет в усилиях  разработчиков должен принадлежать лечебным технологиям, способным спасти жизни людей, а не косметическим  направлениям. А здесь у стволовых клеток действительно может быть великое будущее

 

 

Заключение.

 

Писать на эту  тему можно еще много: каждый день по крупицам ученые раскрывают секреты  стволовых клеток. Каждый день появляется новая информация. Ясно, однако, одно: у терапии стволовыми клетками вполне определенное и многообещающее будущее. Ясно и другое: в настоящем пациентам требуется соблюдать осторожность и взвешивать все «за» и «против» при решении испытать на себе «клеточные технологии».