Эмбриональные стволовые клетки

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………...3

2. Историческая справка…………………………………………………………….5

3. Стволовые клетки…………………………………………………………………7

4. Классификация…………………………………………………………………….8

4.1 Эмбриональные стволовые клетки………………………………………….8

4.2 Фетальные стволовые клетки………………………………………………...10

4.4Постнатальные стволовые клетки…………………………………………...11

4.4 Гемопоэтические стволовые клетки………………………………………....11

4.5 Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки………………....12

4.6 Тканеспецифичные прогениторные клетки………………………………....14

5. Способы получения стволовых клеток…………………………………………...14

6. Кровь жизни………………………………………………………………………..15

7. Заключение………………………………………………………………………...19

8. Литература…………………………………………………………………………20

 

Введение

"Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки", - считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин.Хотя термин "стволовая клетка" был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века.

В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.

Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции.Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать "запчастями" для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы - стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека

Некоторые клетки плода и взрослого организма сохраняют способность давать начало специализированным клеткам различного типа.Раздел регенеративной клеточной медицины, сулящий людям излечение от многих тяжелых болезней - это изучение стволовых клеток.

Стволовые клетки - клетки, входящие в состав постоянно обновляющихся тканей животных и способные развиваться в различных направлениях, в пределах тканевой дифференцировки. Стволовые клетки делятся на эмбриональные и соматические, т.е. клетки взрослого организма. Эмбриональные выделяются из эмбриона на ранней стадии развития.

 

 

Историческая справка

 

В 1908 году гистолог, профессор военно-медицинской академии в Санкт-Петербурге Александр Максимов (1874-1928) исследовал развитие клеток крови. Исследования привели к стройной теории.
В так называемом красном костном мозге живут специальные клетки, единственное занятие которых – делиться. После каждого деления получается две клетки, одна из них выбирает карьеру кровяной, а другая подрастает и снова делится. Делящиеся клетки как бы образуют «ствол», от которого в каждом цикле вбок отходят «веточки» – клетки, приобретающие «профессии». Поэтому Александр Максимов назвал клетку – прародительницу всех клеток крови – стволовой.
Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила лишь в 90-х годах прошлого века.
А в 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».
Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Эксперименты и исследования стволовых клеток в XX веке.

· 1981: эмбриональные клетки мыши получены из эмбриобласта (внутренней клеточной массы бластоцисты) учёными Мартином Эвансом, Мэттью Кауфманом и, независимо от них, Гэйл Р. Мартин. Введение в обиход термина «эмбриональная стволовая клетка» приписывается Гэйл Мартин.

· 1992: нейральные стволовые клетки получены in vitro. Разработаны протоколы их культивирования в виде нейросфер.

· 1992: Профессор Дэвид Харрис заморозил стволовые клетки пуповинной крови своего первенца.

· 1998: Джеймс Томсон и его сотрудники из Висконсинского университета в Мадисоне вывели первую линию человеческих ЭСК (эмбриональных стволовых клеток).

· 1999: журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК ипроекта «Геном человека».

Стволовые клетки

Стволовые клетки - это клетки, сохраняющие потенциал к развитию в разных направлениях. Из стволовой клетки могут возникнуть и кожная, и нервная клетки, и клетки крови. Считалось, что во взрослом организме стволовые клетки отсутствуют, что их существование ограничивается самым ранним периодом эмбрионального развития. Однако в 70-е годыА.Я. Фриденштейн с соавторами обнаружили эти клетки в мезенхиме (строме) “взрослого” костного мозга.

По принадлежности к строме их в дальнейшем стали называть стромальными стволовыми клетками. В 70-е годы были опубликованы работы, демонстрировавшие наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. В связи с этим принято разделять стволовые клетки на эмбриональные стволовые клетки - ЭСК (их выделяют из эмбрионов на стадии бластоцисты) и региональные стволовые клетки - РСК (их выделяют из органов взрослых особей или из органов эмбрионов более поздних стадий).Будучи мультипотентными, стволовые клетки составляют существенный восстановительный резерв в организме и способствуют замещению дефектов, возникающих в силу тех или иных обстоятельств.

Особое удивление биологов вызвало наличие стволовых клеток в центральной нервной системе. Они отвечают на различные поражения нервной ткани размножением (сами нервные клетки, как известно, утрачивают способность к размножению уже на стадии нейробласта) и дифференцировкой в нервные и глиальные клетки. Полагают, что изолированные нейральные РСК способны превращаться и в другие производные.Способность стволовых клеток (как РСК, так и ЭСК) трансформироваться в разных направлениях делает их весьма удобной модельной системой для изучения молекулярно-генетических событий, обусловливающих дифференцировку клеток в разных направлениях. Действительно, стволовые клетки можно изолировать, так сказать, в чистом виде и затем анализировать функции генных сетей на последовательных этапах их дифференциального развития.Оказалось, в частности, что время последовательного включения генов, контролирующих развитие, совпадает в постимплантационных зародышах и в культуре эмбриоидных тел, образованных ЭСК. Следовательно, стволовые клетки могут служить удобной экспериментальной моделью для уточнения молекулярно - генетических процессов, сопровождающих клеточную специализацию.

Анализ культур стволовых клеток с помощью молекулярно-генетического метода продемонстрировал, что в одном клоне стволовых клеток синтезируется по крайней мере 1200 матричных РНК.

В случае дифференцировки в составе целостного эмбриона, в мезенхимных стволовых клетках взрослой гематогенной ткани содержится практически весь набор матричных РНК, которые функционируют в зародышевых листках и на стадии органогенеза. Идентифицированы также матричные РНК ключевых генов, регулирующих созревание клеток мезенхимального и мезодермального происхождения, а также энто- и эктодермы. Большинство матричных РНК HOX-генов присутствует уже в яйцеклетке и презумптивных зародышевых клетках.

 

 

Следовательно, в стволовых клетках проявляется общий принцип онтогенеза - функция генов с “опережением”, т.е. синтез тех матричных РНК, которые будут “нужны” (будут “работать”) на стадиях развития, порою значительно более поздних.

 

Классификация

Стволовые клетки можно разделить на три основные группы в зависимости от источника их получения: эмбриональные, фетальные и постнатальные (стволовые клетки взрослого организма).

Эмбриональные стволовые клетки

Миллиарды клеток растущего организма (человека или животного) происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской и женской гамет. ДНК, содержащаяся в этой клетке, будет воспроизведена во всех клетках взрослого организма. 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 (ЭСК), геном которых находится в «нулевой точке»; механизмы, определяющие специализацию, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки. По мере созревания особи в клеточной ДНК происходят изменения, это так называемая тканевая дифференцировка, иными словами клетки приобретают специализацию. Дифференцировка — превращение первоначально одинаковых клеток в специализированные (кровяные клетки, нейроны, мышечные клетки). Например, в каждой клетке тела находятся гены, ответственные за выработку инсулина, однако инсулин синтезируют только клетки поджелудочной железы. В остальных клетках организма (например, клетках кожи, нервных клетках головного мозга) ген инсулина отключен. То же самое происходит во всех клетках организма при развитии человека, специализированные клетки возникают вследствие отключения всех за небольшим исключением генов клеточной ДНК, и специализация определяется участками ДНК, которые остались включенными. После того как «щелкнет выключатель», судьба клеток определена навечно — мышечные клетки при делении будут производить только мышечные клетки, кожные клетки — только клетки кожи и т. д. Такая особенность развития имеет грандиозные последствия для здоровья человека: мышечные клетки, погибшие при сердечном приступе, не могут быть замещены другими клетками; ничем нельзя заменить и клетки мозга, синтезирующие допамин, если они будут уничтожены болезнью Паркинсона; перерезанные клетки спинного мозга также не восстанавливаются. Очень многие людские страдания вызваны, неспособностью организма замещать специализированные клетки.Ученые могут использовать технологии стволовых клеток совместно с технологиями клонирования для того, чтобы выделять ДНК из клетки взрослого организма, помещать ее в яйцеклетку человека и получать при этом эмбриональные стволовые клетки, содержащие ДНК взрослой особи. Это позволит выращивать

 

органы для замены ими поврежденных органов, не беспокоясь об отторжении имплантированной ткани организмом-реципиентом.Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) применялись на практике при лечении многих заболеваний, но сейчас весь мир переходит на использование соматических стволовых клеток, клеток взрослого организма.