Мезенхимальные мультипотентные стволовые клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования РФ

ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского»

Медицинская академия им. С. И. Георгиевского

Кафедра гистологии и эмбриологии

РЕФЕРАТ

Мезенхимальные мультипотентные стволовые клетки

Выполнила студентка 1-го медицинского факультета

Группы 185-А Воскресенская Елизавета Александровна

Преподаватель: доцент Лугин Игорь Анатольевич

Симферополь 2019

Содержание

мезенхимальный мультипотентный стволовой клетка

Введение

Цель

Основные сведенья

Влияние ММСК на заживление ран

Использование ММСК в лечении различных заболеваний

Заключение

Список литературы

Введение

В течение жизни во взрослом организме постоянно происходит гибель клеток различных тканей, как при естественном обновлении (апоптоз), так и при повреждениях (некроз). Восстановление утраченных клеток происходит за счет камбиальных элементов. В кишечнике, коже, мышцах, красном костном мозге, печени, головном мозге существуют пролиферирующие тканеспецифические популяции клеток.

На сегодняшний день проблема обновления сформировавшихся тканей становится решаемой благодаря открытию региональных стволовых клеток, из которых образуются определенные типы клеток направленные на поддержание и восстановление тех тканей, в которых они находятся.

Одной из разновидностей региональных стволовых клеток являются мезенхимальные (стромальные) стволовые клетки.

Применяются в лечении артроза, диабетической ангеопатию, ускоряют заживление ран, восстанавливают поврежденные мышцы после сепсиса, спасают от последствий инфаркта, а так же эффективно побеждают метастазы.

Цель

Сделать обзор на мезенхимальные стволовые клетки. Раскрыть возможное варианты применения данной популяции клеток в различных странах.

Основные сведенья

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) -- мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты (клетки костной ткани), хондроциты (хрящевые клетки) и адипоциты (жировые клетки), кардиомиоциты, нервная ткань, гепатоциты. Свойства ММСК постоянно изучаются и с каждым годом открываются новые способности превращения этих клеток в другие типы клеток и тканей. Предшественниками ММСК в эмбриогенный период развития являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Они могут быть обнаружены в местах распространения мезенхимы, то есть зародышевой соединительной ткани.

Основным источником ММСК является костный мозг. Кроме того, они обнаружены в жировой ткани и ряде других тканей с хорошим кровоснабжением. Существует ряд доказательств того, что естественная тканевая ниша ММСК расположена периваскулярно -- вокруг кровеносных сосудов. Кроме того, ММСК были обнаружены в пульпе молочных зубов, амниотической (околоплодной) жидкости, пуповинной крови и вартоновом студне. Эти источники исследуются, но редко применяются на практике.

Например, выделение молодых ММСК из вартонова студня представляет собой крайне трудоёмкий процесс, поскольку клетки в нём также располагаются периваскулярно. В 2005--2006 годах специалисты по ММСК официально определили ряд параметров, которым должны соответствовать клетки, чтобы отнести их к популяции ММСК. Были опубликованы статьи, в которых представлен иммунофенотип ММСК и направления ортодоксальной дифференцировки.

Иммунофенотипирование -- характеристика клеток при помощи моноклональных антител или каких-либо других зондов, позволяющих судить о их типе и функциональном состоянии по наличию того или иного набора клеточных маркеров.

Иммунофенотипирование лейкоцитов заключается в обнаружении на их поверхности маркеров дифференциации или CD антигенов. Лейкоциты экспрессируют ряд поверхностных и цитоплазматических антигенов, уникальных для своей субпопуляции и стадии развития. CD антигены (англ. cluster of differentiation antigens) -- это антигены на поверхности клеток, маркёры, отличающие одни типы клеток от других.

Был проведён ряд экспериментов по дифференцировке ММСК в нейроноподобные клетки, но исследователи по-прежнему сомневаются, что полученные нейроны являются функциональными. Эксперименты также проводятся в области дифференцировки ММСК в миоциты -- клетки мышечной ткани. Важнейшей и наиболее перспективной областью клинического применения ММСК является котрансплантация совместно с ГСК в целях улучшения приживления образца костного мозга или стволовых клеток пуповинной крови.

Многочисленные исследования показали, что ММСК человека могут избегать отторжения при трансплантации, вступать во взаимодействие с дендритными клетками и Т-лимфоцитами и создавать иммуносупрессивную микросреду посредством выработки цитокинов.

Было доказано, что иммуномодулирующие функции ММСК человека повышаются, когда их пересаживают в воспалённую среду с повышенным уровнем гамма-интерферона. Другие исследования противоречат этим выводам, что обусловлено гетерогенной природой изолированных МСК и значительными различиями между ними, в зависимости от способа культивирования.

Влияние ММСК на заживление ран

Крупный прорыв в исследованиях показал, что ММСК способны восстанавливать различные ткани человеческого организма. К примеру исследователи из Института Пастера, Парижского университета Декарта и госпиталя Святой Анны (Institut Pasteur, Paris Descartes University, Sainte-Anne Hospital, Франция) предложили перспективный терапевтический подход для восстановления мышц после сепсиса с помощью трансплантации мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Новый метод, результаты которого были опубликованы в декабре 2015 года в Nature Communications, уже успешно прошёл испытания на животных.

Сепсис - воспалительная реакция организма в ответ на инфекционное заражение. Ежегодно фиксируется около 28 миллионов случаев заболевания, из них 8 млн. заканчиваются летально. Во Франции показатели смертности от сепсиса составляют 27%, а при более тяжёлой форме они могут достигать 50%.

Чтобы подробнее изучить механизм потери функциональности мышц у пациентов, французские учёные исследовали последствия влияния сепсиса на клетки-сателлиты, из которых развиваются клетки мышечной ткани. В данных стволовых клетках у мышей обнаружилась значительная потеря митохондриальной массы.

Митохондрии - органеллы, которые служат своего рода «электростанцией» клетки: они производят молекулы АТФ, необходимые для всех химических реакций организма.

Учёные показали, что после сепсиса немногочисленные уцелевшие митохондрии в клетках-сателлитах производят достаточно энергии для их выживания, но недостаточно для их деления и дифференциации в миоциты, необходимые для регенерации и роста мышц.

Такое повреждение, происходящее на ранних клеточных стадиях и имеющее долгосрочные последствия, препятствует полному восстановлению мышечной ткани организма и приводит к длительным нарушениям функциональности мышц, наблюдаемых у пациентов.

Команда учёных из Франции решила использовать трансплантацию мезенхимальных стволовых клеток в качестве основного компонента терапии. МСК легко культивируются в лабораторных условиях и, как известно, обладают иммуномодулирующими свойствами, что делает их отличным вариантом для клеточной терапии, направленной на восстановление дегенеративных или травматических поражений.

На мышиной модели авторы показали, что внутримышечная трансплантация мезенхимальных стволовых клеток, осуществлённая после септического шока, приводит к снижению уровня общего воспаления и уменьшению сопутствующих симптомов: лихорадки, атонии (потери тонуса мышц), циркуляции цитокинов, маркеров воспаления и т.п.

Так же было доказано, то ММСК ускоряют заживление ран. Исследовательская группа из Университета Осаки (Osaka University, Япония) обнаружила, что полифенол, получаемый из растений, способствует миграции мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в кровоток и их накапливанию в поврежденных тканях, улучшая заживление ран. Группа исследователей во главе с Косуке Фуджита (Kosuke Fujita) и профессором Акито Маэда (Akito Maeda) обнаружила, что полифенол, получаемый из растений, также известный как cinnamtannin B-1, способствует миграции мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в кровоток и их концентрированию в поврежденных тканях, что оказывает положительное влияние на заживление ран.

Учёные установили, что этанольный экстракт коры маллотуса филиппинского (лат. Mallotus philippensis), содержащий cinnamtannin B-1, за счёт своей уникальной структуры повышает мобилизацию клеток, активируя ферменты, окружающие мембраны МСК.

Анализ мононуклеарных клеток периферической крови, проведённый с помощью проточной цитометрии и люциферазы, используемой в качестве маркера МСК, показал, что cinnamtannin B-1 усиливает мобилизацию эндогенных мезенхимальных стволовых клеток из костного мозга в кровь и их «самонаведение» для ускоренного заживления ран у диабетической модели мыши.

Предполагается, что полученные результаты будут использованы для лечения мезенхимальными стволовыми клетками различных ран и кожных заболеваний, включая диабетические язвы.

Еще одним примером заживляющих свойств ММСК может послужить исследование мезенхимальных стволовых клеток десен. Учёные из Пенсильванского университета (University of Pennsylvania), США, исследовали регенеративные свойства стволовых клеток дёсен, влияющие на ускоренное заживление ран. Учёные из Пенсильванского университета (University of Pennsylvania), США, исследовали регенеративные свойства стволовых клеток дёсен, влияющие на ускоренное заживление ран. тобы понять, чем отличаются GMSC от мезенхимальных стволовых клеток кожи, команда Пенсильванского университета сравнила их внеклеточные везикулы. Они обнаружили, что мезенхимальные стволовые клетки дёсен содержат большее количество белков, включая антагонист рецептора интерлейкина 1 (IL-1RA) - белок, препятствующий активации внутриклеточного сигнального каскада провоспалительного цитокина. IL-1RA также применяется в качестве терапии в лечении ревматоидного артрита и воспалительных процессов.

В дальнейшем исследовании команда решила выяснить механизм продуцирования IL-1RA и других цитокинов. Они предполагали, что этот процесс контролируется белком Fas, который они ранее связывали с иммунной регуляцией. Учёные обнаружили более высокое содержание Fas в GMSC, в отличие от мезенхимальных стволовых клеток кожи. Кроме того, оказалось, что у мышей с дефицитом Fas был низкий уровень секреции IL-1RA.

Дальнейшие молекулярные исследования показали, что что Fas образует белковый комплекс с Fap-1 и Cav-1 для активации механизма высвобождения внеклеточных микровезикул. Также учёные обнаружили, что в мезенхимальных стволовых клетках дёсен, расположенных по краям ран, отмечается повышенный уровень IL-1RA. Мышам, у которых ингибировался или отсутствовал IL-1RA, потребовалось больше времени для заживления ран на дёснах.

Когда же исследователи выделили белок IL-1RA, секретируемый GMSC, и ввели его в раны, они затянулись значительно быстрее.

«Мы обнаружили, что мезенхимальные стволовые клетки и особенно те, которые находятся в дёснах, выделяют большое количество цитокинов через внеклеточные везикулы», -- говорит Сяосинь Коу (Xiaoxing Kou), первый автор работы.

Использование ММСК в лечении различных заболеваний

Мезенхимальные стволовые клетки продемонстрировали безопасность и огромный потенциал в лечении артроза. Исследование, проведённое канадскими учёными, показало, что собственные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга пациента представляют большой интерес в качестве потенциальной терапии остеоартроза коленного сустава (ОАКС) из-за уникальной способности восстанавливать поврежденный хрящ. В первом клиническом испытании подобного рода в Канаде для лечения остеоартроза коленного сустава исследователи использовали мезенхимальные стволовые клетки (МСК), полученные из собственного костного мозга пациента под местной анестезией. По окончании 12-месячного периода команда отметила значительное снижение болевых ощущений и улучшение качества жизни у пациентов. Исследование также показало, что МСК были безопасны во всех проверенных дозах и что чем выше была доза, тем эффективнее был результат.

Еще одним из многочисленных применений мезенхимальных клеток является их использование в уничтожении злокачественных тканей. Американские исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне (University of California, Irvine) на основе мезенхимальных стволовых клеток разработали метод уничтожения злокачественных тканей, который одновременно предотвращает некоторые токсичные побочные эффекты химиотерапии.

Доцент Вейан Чжао (Weian Zhao), кандидат фармацевтических наук, совместно с коллегами запрограммировал мезенхимальные стволовые клетки костного мозга человека для выявления уникальных биофизических сигналов в опухолевой ткани in vivo. Исследователи использовали механочувствительную систему клеток (mechanoresponsive cell system, MRCS) для выборочной идентификации и лечения метастазов рака.

MRCS использует управляемые механочувствительные промоторные векторы мезенхимальных стволовых клеток (МСК), которые избирательно нацелены на метастазы рака в ответ на их специфические механические сигналы, для доставки терапевтических средств, эффективно уничтожающих раковые клетки, как показано на модели мышей с метастатическим раком молочной железы, который распространился на легкие.

Учёные продемонстрировали выраженную корреляцию между сшиванием коллагена и повышенной жесткостью тканей на метастатических участках, где MRCS активируется специфически связанными с раком механо-сигналами, секретируя фермент цитозиндезаминазу. Затем мыши подвергались неактивной химиотерапии с использованием пролекарства 5-флуроцитозина, которое активировалось ферментами опухолевых сайтов.

Чжао добавил, что данный метод, основанный на мезенхимальных стволовых клетках, может стать альтернативой многим формам химиотерапии, которая имеет ряд негативных побочных эффектов и может нанести вред здоровью, несмотря на широкое применение и возможность эффективно уничтожать быстрорастущие раковые клетки.

До сих пор команда Чжао проводила доклинические испытания на животных, чтобы продемонстрировать, что лечение эффективно и безопасно, однако учёные надеются в ближайшем будущем перейти к исследованиям с участием человека.

Еще один случай применения ММСК в экспериментальном лечении злокачественных опухолей был выявлен учеными из Университета Джона Хопкинса. Исследовав МСК, полученные из жировой ткани человека, помогают в лечении мышей от смертельного заболевания - глиобластомы.

Исследователи из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University), США, объявили, что успешно использовали стволовые клетки, полученные из жировой ткани человека, для лечения глиобластомы непосредственно в головном мозге мышей, существенно продлив им жизнь.

Ученые считают, что их новый перспективный метод может применяться после хирургического удаления глиобластомы для поиска и уничтожения в удалённых участках мозга всех оставшихся раковых клеток, которые способны мигрировать и превращаться в новые опухоли. На сегодняшний день подобное лечение удручающе неэффективно.

В эксперименте с мышами исследователи из Университета Джона Хопкинса использовали мезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые способны находить и подавлять больные или повреждённые клетки, в том числе и раковые. В результате модификации МСК начали синтезировать костный морфогенетический белок 4 (BMP4; bone morphogenetic protein 4), участвующий в развитии эмбриона, а также принимающий участие в подавлении опухолей. Учёные вводили мезенхимальные стволовые клетки, производящие BMP4, непосредственно в мозг мышам, больным глиобластомой.

В своей работе исследователи отмечают, что у мышей, которые получили данные инъекции, рост опухоли замедлялся, форма рака была менее агрессивной, а также уменьшилось количество мигрирующих раковых клеток по сравнению с контрольными животными, не получившими лечения. Кроме того, у первой группы мышей увеличилась продолжительность жизни до 76 дней, по сравнению с контрольной группой, проживших, в среднем, до 52 дней.

«Модифицированные стволовые клетки похожи на Троянского коня. Они успешно незаметно мигрируют к опухоли, продуцируя своё терапевтическое содержимое для прямой атаки раковых клеток», -- говорит руководитель исследования Альфредо Хиноне -- Инохоса (Alfredo Quinones-Hinojosa), доктор медицинских наук, профессор нейрохирургии, онкологии и неврологии в Университете Джонса Хопкинса.

Недавнее исследование американских учёных показало, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК), полученные из жира, могут защищать и восстанавливать костные ткани после химиотерапии.

«Дети проходят курс химиотерапии в то время, когда организм наиболее активно растёт. Но при таком лечении костные клетки повреждаются», -- говорит ведущий автор исследования Оливия Бин (Olivia Beane), аспирант Центра биомедицинской инженерии Университета Брауна. «Такие повреждения приводят к долгосрочным осложнениям -- остеопорозу и дефектам костей. Если бы мы нашли тип стволовых клеток, устойчивых к препаратам химиотерапии и способных к стимулированию роста костей, то мы бы избавились от этих проблем».

Изначально Бин изучала стимулирование пролиферации МСК, полученных из жира, и очищение их от прочих видов клеток. Среди испытуемых препаратов были и лекарства, используемые в химиотерапии, к воздействию которых из всех клеток оказались стойкими лишь жировые мезенхимальные стволовые клетки. Идея о том, что открытие может помочь онкобольным пришла позже.

В эксперименте Бин использовала чистую культуру МСК, полученную из жира, стромальную васкулярную фракцию (Stromal Vascular Fraction -- SVF), содержащую, кроме МСК, целый ряд других видов клеток, а также культуру фибробластов человека. На все культуры воздействовали химиотерапевтическими препаратами в течение 24 часов. Последующие 10 дней Бин с сотрудниками изучали жизнеспособность клеток и способность к дифференцировке МСК как в составе SVF, так и в чистой культуре.

Исследователи отметили, что три химиотерапевтических препарата -- цитарабин, этопозид и винкрис уничтожили все группы клеток, однако культура МСК оказалась устойчивой к метотрексату любой концентрации. Он не влиял ни на жизнеспособность стволовых клеток, ни на их деление, ни на способность их дифференцировки в клетки костной или хрящевой ткани.

Заключение

Таким образом, исходя из изложенного ранее, можно сделать вывод, что изучение свойств ММСК крайне актуально в нынешнее время. Благодаря усердной работе ученых уже открыты способы лечения различных заболеваний при помощи стромальных стволовых клеток. Продвижение дальнейшего изучения МСК приведет к значительному росту уровня медицины и ее способностей в лечении сложных заболеваний.

Список литературы

1. Егоров, В. В. Стволовые клетки человека / В. В. Егоров, А. А. Иванов, М. А. Пальцев // Молекулярная медицина. 2003. № 2. С. 3-14.

2. Биология стволовых клеток и клеточные технологии / под ред. М. А. Пальцева. М.: Медицина, Шико, 2009. Т. 2. С. 75-96.

3. Аутологичные стволовые клетки. Экспериментальные исследования и перспективы клинического применения / под ред. В. А. Ткачука. М.: Литтерра, 2009. 448 с.

4. Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей / В. П. Шахов [и др.]. Томск, 2004. 385 с.

5. Вермель, А. Е. Стволовые клетки: общая характеристика и перспективы применения в клинической практике / А. Е. Вермель // Клиническая медицина. 2004. № 1. С. 5-11.

6. Н. И. МЕЗЕН, З. Б. КВАЧЕВА, Л. М. СЫЧИК «СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ».

7.http://humbio.ru/humbio/tarantul_sl/0000149c.htm.

8.https://biopro-st.com/ru/mezenkhimalnye-stvolovye-kletki-lechat-diabeticheskuyu-angiopatiyu/.

9.https://biopro-st.com/ru/msk-effektivno-pobezhdayut-metastazy/.

10.https://biopro-st.com/ru/stvolovye-kletki-uskoryayut-zazhivlenie-ran/.

11. https://biopro-st.com/ru/msc-iz-zhira-spasayut-ot-posledstvij-infarkta/.

12. ВЕСТНИК ТРАНСПЛАНТОЛОГИИ И ИСКУССТВЕННЫХ ОРГАНОВ том XIV № 4-2012.

Размещено на Allbest.ru