Стволовые клетки (СК) – это популяция клеток, являющихся изначальными предшественниками всех остальных. В сформированном организме они могут дифференцироваться в любые клетки какого-либо органа, у эмбриона могут образовывать любые его клетки.
Предназначение их по природе – это регенерация тканей и органов организма изначально с его рождения при различных повреждениях. Они просто замещают нарушенные клетки, обновляя их и защищая. Проще говоря, это запчасти для организма.
Как они образуются
Огромнейшее количество всех клеток взрослого организма когда-то начинается со слияния мужской и женской половой клетки при оплодотворении яйцеклетки. Такое слияние называется зиготой. Все последующие миллиарды клеток возникают при ее развитии. Зигота содержит весь геном будущего человека и его схему развития в дальнейшем.
При своем возникновении зигота начинает активно делиться. Сначала в ней появляются клетки особого рода: они только способны к передаче генетической информации возникающим далее поколениям новых клеток. Вот эти популяции и есть знаменитые эмбриональные стволовые клетки, вокруг которых столько ажиотажа.
У плода ЭСК, точнее их геном, еще пребывают в нулевой точке. Но после включения механизма специализации они могут преобразовываться в любые востребованные клетки. Эмбриональные стволовые клетки получаются на ранней стадии развивающегося зародыша, который называется теперь бластоцистой, на 4-5-й день жизни зиготы, из ее внутренней клеточной массы.
По мере развития эмбриона в действие включаются механизмы специализации – так называемые эмбриональные индукторы. Они уже сами включают нужные на данный момент гены, из которых возникают разные семейства СК и намечаются зачатки будущих органов. Митоз продолжается, потомки этих клеток уже специализируются, что имеет название комитирования.
При этом эмбриональные стволовые клетки способны преобразовываться (переходить) в любой зародышевый листок: экто-, мезо- и энтодерму. Из них в последующем развиваются органы плода. Данное свойство к дифференциации называется плюрипотентностью и является главным отличием ЭСК.
Классификация СК
Их делят на 2 большие группы – эмбриональные и соматические, получаемые из взрослого организма. Вопрос о том, как получают и используют эмбриональные стволовые клетки, достаточно изучен.
Выделено 3 источника СК:
- Собственные стволовые клетки, или аутологичные; чаще всего они существуют в костном мозге, но могут получаться из кожи, жировой ткани, тканей некоторых органов и пр.
- СК из плаценты, получаемые во время родов из пуповинной крови.
- Фетальные СК, полученные из тканей после аборта. Поэтому различают еще донорские (аллогенные) и собственные (аутологичные) СК. Независимо от их происхождения, они обладают особыми свойствами, продолжают исследоваться учеными. Например, они могут оставаться жизнеспособными и сохранять все свои свойства на протяжении десятков лет при правильном хранении. Это важно при сборе СК из плаценты при родах, что может считаться формой медицинского страхования и защиты новорожденного в будущем. Данным индивидом они могут использоваться при возникновении у него тяжелого заболевания. В Японии, например, есть целая государственная программа, обеспечивающая наличие банков IPS-клеток у 100 % населения.
Примеры применения СК в медицине
Этапы эмбрионального трансплантирования:
- 1970 г. – проводятся первые пересадки аутологичных СК. Есть данные, что в бывшем CCCP «прививки молодости» делали стареющим членам Политбюро КПСС несколько раз за год.
- 1988 г. – пересажены СК больному лейкозом мальчику, живущему и сегодня.
- 1992 год – профессор Дэвид Харрис создает банк СК, где первым клиентом стал его первенец. Его СК были заморожены первыми.
- 1996-2004 гг. – произведены 392 трансплантации собственных СК из костного мозга.
- 1997 г. – российскому онкобольному пересадили донорские СК из плаценты.
- 1998 год – свои СК пересадили девочке c нейробластомой (опухоль мозга) – результат положительный. Также ученые научились выращивать СК в пробирке.
- 2000 год - проведено 1200 транслантаций.
- 2001 год – выявлена способность взрослых СК костного мозга человека трансформироваться в кардио- и миоциты.
- 2003 год – получены сведения о сохранении в жидком азоте всех биосвойств СК на протяжении 15 лет.
- 2004 год – мировые банки коллекций СК имеют уже 400 000 обрзцов.
Основные свойства ЭСК
Примерами эмбриональных стволовых клеток могут считаться любые клетки первичных листков у зародыша: это и миоциты, кровяные, нервные и пр. ЭСК у человека выделили первыми в 1998 г. ученые из США Джеймс Томпсон и Джон Беккер. А в 1999 г. самый известный научный журнал Science признал это открытие по важности третьим после выявления двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека.
ЭСК имеют способность постоянно самообновляться, даже если стимула к дифференцировке нет. То есть они очень пластичны и их потенциал к развитию не ограничен. Это делает их такими востребованными в регенеративной медицине.
Стимулом для их развития в другие виды клеток могут служить так называемые факторы роста, у всех клеток они разные.
На сегодня эмбриональные стволовые клетки официальной медициной к применению в качестве лечения запрещены.
Что используют сегодня
Для лечения применяют только собственные СК из тканей взрослого организма, чаще всего это клетки красного костного мозга. В перечне заболеваний – болезни крови (лейкозы), иммунной системы, в перспективе - онкологические патологии, болезнь Паркинсона, СД 1-го типа, рассеянный склероз, ИМ, инсульты, болезни спинного мозга, слепота.
Главной проблемой всегда была и остается совместимость СК с клетками организма при их введении в него, т.е. гистосовместимость. При применении родных СК этот вопрос решается гораздо легче.
Поэтому на вопрос о том, какие стволовые клетки предпочтительнее использовать - эмбриональные или стволовые тканевые, ответ однозначен: только тканевые. Любой орган имеет особые ниши в тканях, где СК хранятся и расходуются по мере надобности. Перспективы СК огромны, потому что ученые надеются создавать из них по показаниям нужные ткани и органы вместо донорских.
История становления
В 1908 г. профессор-гистолог ВМА Санкт-Петербурга Александр Максимов (1874-1928 гг.) при изучении клеток крови заметил, что они постоянно и довольно быстро обновляются.
А. А. Максимов догадался, что дело здесь не просто в делении клеток, иначе костный мозг был бы больше самого человека. Тогда же он и назвал эту предшественницу всех элементов крови стволовой. Название объясняет суть явления: в красном костном мозге заложены особые клетки, задача которых только в митозе. При этом возникают 2 новые клетки: одна становится кровяной, а вторая уходит в запас – развивается и опять делится, вновь клетка уходит в запас и т.д. с тем же результатом.
Вот эти постоянно делящиеся клетки составляют ствол, от него отходят вбок веточки – это новые формирующиеся профессиональные кровяные клетки. Процесс этот непрерывен и исчисляется миллиардами клеток каждые сутки. Среди них группы всех элементов крови – лейко- и эритроциты, лимфоциты и др.
В последующем Максимов со своей теорией выступил на съезде гематологов в Берлине. Это и стало началом истории развития СК. Отдельной наукой биология клеток стала только в конце 20-го века.
В 60-е годы СК стали использовать при лечении лейкозов. В коже и жировой клетчатке они также были выявлены.
Отличительные особенности СК
Перспективные идеи не исключают существования подводных рифов при их реализации на практике. Огромная проблема в том, что активность СК дает им возможность делиться в неограниченном количестве, и их становится трудно контролировать. Кроме того, обычные клетки ограничены в делении по количеству циклов (лимит Хейфлика). Это связано со строением хромосом.
Когда лимит исчерпан, клетка больше не делится, а значит, не размножается. У клеток такой лимит различается в зависимости от их вида: для фиброзной ткани он составляет 50 делений, для СК крови — 100.
Во-вторых, СК не созревают все сразу одновременно, поэтому в любой ткани имеются разные СК на разных стадиях созревания. Чем больше в норме зрелость клетки, тем меньше у нее свойства переквалификации в другую клетку. Иначе говоря, заложенный геном для всех клеток аналогичен, а режим работы разный. Частично созревшие СК, которые при стимуляции могут созревать и дифференцироваться, – это бласты.
В ЦНС это нейробласты, в скелете – остеобласты, коже - дерматобласты и др. Стимулом для созревания служат внешние или внутренние причины.
Не все в организме клетки имеют такую способность, это зависит от степени их дифференциации. Высокодифференцированные клетки (кардиомиоциты, нейроны) никогда не могут производить себе подобные, почему и говорят, что нервные клетки не восстанавливаются. А малодифференцированные способны к митозу, к примеру кровь, печень, костная ткань.
Эмбриональные стволовые (ЭС) клетки отличаются от других СК тем, что лимита Хейфлика для них не существует. ЭСК делятся бесконечно, т.е. они фактически бессмертны (иммортальны). Это второе их свойство. Такое свойство ЭСК вдохновило ученых, казалось бы, на использование в организме для предотвращения его старения.
Так почему же использование эмбриональных стволовых клеток не пошло по этому пути и заморожено? Ни одна клетка не гарантирована от генетических поломок и мутаций, а они при своем появлении будут передаваться по линии дальше и накапливаться. Нельзя забывать и о том, что эмбриональные стволовые клетки человека – это всегда носители чужеродной генетической информации (чужеродная ДНК), поэтому они и сами могут вызывать мутагенный эффект. Вот почему применение своих СК становится самым оптимальным и безопасным. Но возникает другая проблема. СК во взрослом организме очень мало, и их трудно извлечь - 1 клетка на 100 тыс. Но несмотря на эти проблемы, их извлекают и СК аутологичные нередко применяют при лечении ССЗ, эндокринопатий, билиарных патологий, дерматозов, болезней опорно-двигательного аппарата, ЖКТ, легких.
Еще о подводных рифах ЭСК
После получения эмбриональных стволовых клеток их обязательно следует направить в нужную сторону, т.е. ими управлять. Да, они могут практически воссоздать любой орган. Но проблема подбора правильного сочетания индукторов на сегодня не решен.
Применение эмбриональных стволовых клеток на практике было сначала повсеместным, но бесконечность деления таких клеток делает их неконтролируемыми и роднит с опухолевыми клетками (теория Конгейма). Вот еще одно объяснение замораживания работ с ЭСК.
Омоложение при помощи ЭСК
Человек по мере старения теряет свои СК, число их неуклонно падает, проще говоря. Даже к 20 годам их мало, после 40 лет нет вовсе. Именно поэтому, когда в 1998 г. американцы выделили впервые ЭСК, а затем и клонировали их, клеточная биология получила мощный толчок в своем развитии.
Возникла надежда на излечение тех болезней, которые всегда считались неизлечимыми. Вторая линия - это омоложение эмбриональными стволовыми клетками инъекционно. Но прорыва в этом плане не состоялось, потому что до сих пор точно неизвестно, что делают СК после введения в новый организм. Или они стимулируют старую клетку, или замещают ее полностью - становятся на ее место и активно работают. Только при установлении точного механизма поведения СК можно будет говорить о прорыве. Сегодня же требуется большая осмотрительность в выборе такого метода лечения.
ЭСК и омоложение в России
В России ограничения на использование ЭСК не введены до сих пор. Здесь терапией эмбриональными стволовыми клетками занимаются для омоложения не серьезные НИИ, а всего лишь рядовые косметологические салоны.
И еще одно: если на Западе испытание действия ЭСК проводится в лабораториях на подопытных животных, то в России новые технологии испытывают на людях те же доморощенные салоны красоты. Буклетов со всевозможными обещаниями вечной молодости море. Расчет верный: тем, у кого много денег и возможностей, начинает казаться, что ничего невозможного нет.
Лечение эмбриональными стволовыми клетками в виде минимального курса омоложения составляет всего лишь 4 инъекции и оценивается в 15 тысяч евро. И несмотря на понимание, что не стоит слепо доверять технологиям, научно не подтвержденным, у многих публичных особ желание выглядеть моложе и привлекательнее перевешивает, человек начинает бежать впереди паровоза. Тем более что перед глазами те, которым это помогло. Есть такие счастливчики - Буйнов, Лещенко, Ротару.
Но гораздо больше тех, кому не повезло: Дмитрий Хворостовский, Жанна Фриске, Александр Абдулов, Олег Янковский, Валентина Толкунова, Анна Самохина, Наталья Гундарева, Любовь Полищук, Виктор Янукович - список можно продолжать. Это жертвы клеточной терапии. Общим для них всех становилось то, что незадолго до ухудшения своего состояния они будто расцветали и молодели, а потом быстро умирали. Почему происходит так, ответить не может никто. Да, при попадании в стареющий организм ЭСК сподвигают клетки к активному делению, человек как бы молодеет. Но это всегда стресс для немолодого организма, и патология может развиваться любая. Поэтому ни одна клиника и не может дать никаких гарантий о последствиях такого омоложения.
