Постнатальные стволовые клетки

Размещено на http: //www. allbest. ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

РЕФЕРАТ

на тему « Постнатальные стволовые клетки»

Выполнила студентка группы 1ХТ202.8

Капанадзе Анастасия

Проверил преподаватель: к.д.н., доцент

Масалитина Наталья Юрьевна

Харьков 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

1.1 Методы исследования стволовых клеток

1.2 История открытия стволовых клеток

2. ПОСТНАТАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

3. ПОСТНАТАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ В МЕДИЦИНЕ

ВЫВОД

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Цель данного реферата: изучить современное представление о постнатальных стволовых клетках.

Задача работы: собрать информацию о постнатальных стволовых клетках, изучить их виды и применение в современной медицине.

Открытие стволовых клеток (СК) считается одним из важнейших достижений человечества. Его ставят в один ряд с такими грандиозными событиями в науке, как расшифровка генома человека и открытие двуспиральной цепочной ДНК. Способность любых СК давать разные клеточные типы делает их весьма удобной системой для изучения молекулярно-генетических событий, обуславливающих дифференцировку клеток. Благодаря своей способности дифференцироваться в любую ткань, СК могут применяться для лечения огромного количества заболеваний. Поэтому всестороннее изучение СК является одной из актуальных и перспективных областей современной медицины.

СК являются уникальной моделью и одновременно инструментом для того, чтобы изучать механизмы раннего развития, клеточной дифференцировки, поддержания и регенерации тканей. Уникальные способности СК к длительной пролиферации и к дифференцировке делают их перспективным инструментом для клеточной терапии, а учитывая результаты последних исследований по вовлеченности стволовых клеток в процесс опухолеобразования - одновременно и мишенью воздействия на организм.

1. СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

Столовая клетка (Рисунок 1) - это клетка-предшественница, которая изначально не имеет никакой специализации, и при этом, в зависимости от биологических факторов, способна превратиться в клетку любого органа или ткани - в клетку сердца, печени, кости, зуба, кожи и пр. Изначально человеческий зародыш развивается из самой первой стволовой клетки оплодотворенной яйцеклетки - зиготы. В результате многочисленных циклов митотического деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220.

Рисунок 1 Стволовая клетка в 3D

В течение всей жизни организма человека СК сохраняются в некоторых тканевых «депо» (костном мозге, жировой ткани и пр.), чтобы в случае возможных «поломок» немедленно приходить на помощь страдающей ткани. Сегодня ученые сравнивают СК со сторожевой командой организма, которая отслеживает, где и какой именно в нашем организме имеет место сбой, и тут же направляется «латать» дыры. Рана, порез, перелом, инфекционное поражение - в любых случаях стволовые клетки отвечают за регенерацию поврежденного органа или ткани. Ведь эти клетки уникальны своей способностью к активному размножению и самовоспроизведению.

В соответствии с потентностью СК делятся на следующие группы:

Тотипотентные СК могут дать начало полноценному жизнеспособному организму. К ним относится оплодотворённая яйцеклетка, или зигота. Клетки, образованные при первых нескольких циклах деления зиготы, также являются тотипотентными у большинства биологических видов.

Плюрипотентные СК являются потомками тотипотентных и могут давать начало практически всем тканям и органам, за исключением экстраэмбриональных тканей (например, плаценты). Из этих стволовых клеток развиваются три зародышевых листка: эктодерма, мезодерма и энтодерма.

Мультипотентные СК порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка. Эктодерма даёт начало нервной системе, органам чувств, переднему и заднему отделам кишечной трубки, кожному эпителию. Из мезодермы формируются хрящевой и костный скелет, кровеносные сосуды, почки и мышцы. Из энтодермы - в зависимости от биологического вида - образуются различные органы, ответственные за дыхание и пищеварение. У человека это - слизистая оболочка кишечника, а так же печень, поджелудочная железа и легкие.

Олигопотентные клетки могут дифференцироваться лишь в некоторые близкие по свойствам типы клеток. К ним, например, относятся клетки лимфоидного и миелоидного рядов, участвующие в процессе кроветворения.

Унипотентные клетки (клетки-предшественницы) - незрелые клетки, которые, строго говоря, уже не являются стволовыми, так как могут производить лишь один тип 7 клеток. Они способны к многократному самовоспроизведению, что делает их долговременным источником клеток одного конкретного типа и отличает от не стволовых. Однако их способность к самовоспроизведению ограничена определённым количеством делений, что также отличает их от истинно стволовых клеток. К клеткам-предшественницам относятся, к примеру, некоторые из миосателлитоцитов, участвующих в образовании скелетной и мышечной тканей.

Также СК делят на группы в зависимости от источника их получения: эмбриональные, фетальные и постнатальные (стволовые клетки взрослого организма).

1.1 Методы исследования стволовых клеток

Одними из способов исследования стволовых клеток являются метод флуоресцентной микроскопии и метод проточной цитофлуориметрии, использование которых основано на свойстве стволовых клеток связываться с соответствующими флуоресцентными красителями.

Флуоресцентная микроскопия позволяет получать красочные изображения, светящиеся собственным светом, и в то же время за счет использования светофильтров рассматривать свечение разных цветов отдельно. Так можно изучать распределение нескольких меток, например антител к разным белкам, каждое из которых окрашено своим флуоресцентным красителем. В основе метода лежит Стоксов сдвиг: при возбуждении электрона во флуоресцентном красителе (флуорофоре) источником света, испускаемый фотон обладает большей длиной волны за счет потери части колебательной энергии, что позволяет отфильтровать яркий свет, которым освещают образец для возбуждения, и наблюдать только свет от флуоресцентной метки.

Проточная цитофлуометрия (Рисунок 2) - функциональный метод, который позволяет разносторонне анализировать различные популяции клеток, причем не «в среднем», а каждую клетку в отдельности. Ее физические принципы весьма просты. Суспензия клеток, предварительно помеченных светящимися молекулами (флуорохромами), помещается в поток жидкости, пропускаемый через проточную ячейку. Получается как бы «поток в потоке», что порождает эффект гидродинамического фокусирования: исследуемые клетки выстраиваются в цепочку и в таком порядке пересекают пучок световых (обычно лазерных) лучей, служащих для анализа каждой отдельно взятой клетки.

Рисунок 2 Проточная цитофлуориметрия

Таким образом, результат цитометрического анализа - определение состояния каждой клетки в каждой из популяций образца. Всего за несколько десятков секунд сквозь проточную ячейку проходят тысячи клеток, позволяя исследователю сделать вывод о составе и характеристиках клеточной суспензии.

1.2 История открытия стволовых клеток

Еще в начале прошлого века ученые подозревали, что в человеческом организме есть клетки, которые способствуют регенерации (восстановлению) тканей.

Термин «стволовая клетка» и сама концепция стволовой клетки были введены в науку Александром Максимовым еще в 1908 году для кроветворной ткани. Но лишь в последние десятилетия прошлого века эта область исследований получила особый статус.

В начале 60-х годов прошлого века советский гистолог Александр Фриденштейн всерьез увлекся работами выдающегося ученого Александра Максимова, о которых к тому времени, увы, успели позабыть. Именно Фриденштейн возродил интерес современников к кругу этих работ, и с его легкой руки термин «стволовые клетки» прочно вошел в научную терминологию. А сам Александр Яковлевич так загорелся идеей клеточных технологий, что посвятил изучению стволовых стромальных клеток кроветворной и лимфоидной ткани всю свою последующую жизнь.

В лаборатории иммуноморфологии при Научно-исследовательском институте эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, впервые в мире была получена культура стволовых стромальных клеток костного мозга (Фриденштейн А. Я., Чайлахян Р. К., 1968-1969г.). Ученые обнаружили, что среди костномозговых СК попадаются и совершенно особые клетки. Их потомки в процессе созревания могут формировать костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткани. Эти клетки обладают уникальной регенерационной способностью. По современной терминологии их называют мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК). Исследователи установили, что они способны к длительному самоподдержанию популяции и являются самостоятельной линией клеток, независимой от линии кроветворных гемопоэтических клеток. Результаты этих приоритетных исследований опубликованы еще 1968 - 1969г годах в отечественных и зарубежных журналах. Фриденштейну и Чайлахяну впервые удалось вырастить и человеческие мезенхимальные стволовые клетки в лабораторных условиях - из небольших по объему пунктатов костного мозга. Тогда цель этого эксперимента была чисто научной: клетки были бесценным материалом для исследований и диагностики. И все же, по некоторым данным, в 70-х годах прошлого века достижениями в области клеточных технологий начали пользоваться пожилые члены Политбюро, мечтающие о вечной жизни. Ходят слухи, что некоторые из них даже делали себе инъекции препаратов СК, которые называли «прививками молодости».

Александр Фриденштейн на основании экспериментальных данных создал концепцию кроветворного и лимфоидного микроокружения, концепцию полипотентности стволовых стромальных клеток, создающих «плацдарм», на котором полноценно созревают кроветворные и лимфоидные клетки.

Плодотворным оказалось сотрудничество Александра Фриденштейна и Иосифа Черткова: сотрудники руководимых ими лабораторий провели грандиозную работу по изучению процессов кроветворения в костном мозге, исследованию взаимодействия стволовых стромальных и стволовых кроветворных клеток.

В наши дни так же проводятся исследования над СК. Так, в 2012 году ученые Джону Гердон и Синъе Яманака были награждены Нобелевской премией за открытие возможности перепрограммирования зрелых клеток в плюрипотентные - то есть способные развиваться в различные виды клеток в процессе дифференциации. Как сказано в заявлении нобелевского комитета, это открытие "революционизировало наше понимание того, как развиваются клетки и организмы".

2. ПОСТНАТАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

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

Несмотря на то, что стволовые клетки зрелого организма обладают меньшей потентностью в сравнении с эмбриональными и фетальными стволовыми клетками, то есть могут порождать меньшее количество различных типов клеток, этический аспект их исследования и применения не вызывает серьёзной полемики.

Кроме того, возможность использования аутогенного материала обеспечивает эффективность и безопасность лечения.

Постнатальные стволовые клетки (ПСК) обладают двумя качественными особенностями. Во-первых, они на протяжении всей жизни постоянно производят подобные себе клетки. Эта их способность к пролиферации обеспечивает их постоянное самообновление и самоподдержание. Во-вторых, они генерируют зрелые клетки с характерными морфологическими и функциональными свойствами. Основная роль ПСК в живом организме заключается в поддержании и восстановлении тех тканей, в которых они находятся. Доля стволовых клеток в тканях взрослого организма, как правило, очень мала. Для сравнения укажем, что при рождении у ребенка одна стволовая клетка приходится на 10 тыс. обычных клеток, т. е. в организме ребенка присутствует 50 млрд стволовых клеток. У людей в возрасте 60 лет и старше одна стволовая клетка приходится на один миллион обычных клеток.

Стволовые клетки взрослого организма можно подразделить на три основных группы: гемопоэтические (кроветворные), мультипотентные мезенхимальные (стромальные), тканеспецифичные прогениторные клетки. Иногда в отдельную группу выделяют клетки пуповинной крови. Эти клетки наименее дифференцированы и обладают большей потентностью. Среди них в основном встречаются гемопоэтические СК, мультипотентные мезенхимальные и присутствуют малые количества других разновидностей СК.

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) - мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, мегакариоциты и тромбоциты, дендритные клетки) и лимфоидного рядов (Т-лимфоциты, В-лимфоциты и естественные киллеры).

До начала использования пуповинной крови основным источником ГСК считался костный мозг. Этот источник и сегодня достаточно широко используется в трансплантологии. ГСК располагаются в костном мозге у взрослых, включая бедренные кости, рёбра, мобилизации грудины и другие кости. Клетки могут быть получены непосредственно из бедра при помощи иглы и шприца, или из крови после предварительной обработки цитокинами, включая G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), способствующий высвобождению клеток из костного мозга.

Вторым, наиболее важным и перспективным источником ГСК является пуповинная кровь. Концентрация ГСК в пуповинной крови в десять раз выше, чем в костном мозге.

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. стволовой клетка медицина кроветворный

Тканеспецифичные прогениторные клетки (клетки-предшественницы) - малодифференцированные клетки, которые располагаются в различных тканях и органах и отвечают за обновление их клеточной популяции, то есть замещают погибшие клетки. Эти клетки являются олиго- и унипотентными и их главное отличие от других стволовых клеток в том, что клетки-предшественницы могут делиться лишь определённое количество раз. Поэтому их принадлежность к истинно стволовым клеткам подвергается сомнению. Отдельно исследуются нейральные стволовые клетки, которые также относятся к группе тканеспецифичных. Они дифференцируются в процессе развития эмбриона и в плодный период, в результате чего происходит формирование всех нервных структур будущего взрослого организма, включая центральную и периферическую нервные системы. Эти клетки были обнаружены и в ЦНС взрослого организма, в частности, в субэпендимальной зоне, в гиппокампе, обонятельном мозге и т. д. Несмотря на то, что большая часть погибших нейронов не замещается, процесс нейрогенеза во взрослой ЦНС всё-таки возможен за счёт нейральных стволовых клеток, то есть популяция нейронов может «восстанавливаться», однако это происходит в таком объёме, что не сказывается существенно на исходах патологических процессов.

Так же все стволовые клетки обладают способностью к самообновлению и пролиферации, т. е. к длительному (возможно, больше продолжительности жизни человека) размножению и продукции большого количества себе подобных клеток.

При симметричном делении происходит логарифмическое нарастание количества дочерних клеток, идентичных друг другу и сохраняющих все характеристики родительской клетки (Рисунок 3).

Рисунок 3 Ассиметричное и симметричное деление СК

При ассиметричном делении одна клетка остается стволовой, а другая становится более или менее детерминированной. Происходит линейное накопление количества клеток.

В тканях взрослого организма потомство стволовой тканевой клетки становится все более дифференцированным (подвергается дифференцировке), частично сохраняя способность к пролиферации, и является основным источником восстановления тканей.

В случае такого типа клеточного деления одна стволовая клетка, делясь, превращается в две, а из них одна продолжает делиться и производить аналогичные стволовые клетки, другая вступает на путь дифференцировки (Рисунок 4).

Рисунок 4 Асимметричное деление стволовых клеток

Если бы дело обстояло иначе, организм достаточно быстро израсходовал бы весь запас стволовых клеток, и обновление тканей стало бы невозможным (в данном случае речь идет о стволовых клетках взрослого организма).

3. ПОСТНАТАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ В МЕДИЦИНЕ

Клинические и экспериментальные данные исследований с использованием метода клеточной терапии постнатальными стволовыми клетками костного мозга гематологических, сердечнососудистых, онкологических, неврологических заболеваний, а также травм и других патологических состояний свидетельствуют, в значительном числе случаев, о достижении положительного результата.

1.Лечение болезней сердца

Среди болезней и расстройств, связанных с возрастом, одной из самых изнурительных является потеря нормальной сердечной функции, приводящая к сердечной недостаточности. На рисунке 5 показан результат известного научного эксперимента в результате, которого удалось омолодить старое сердце пожилой мыши и вылечить гипертрофию. При объединении кровотока старой и молодой мышек, МСК молодой мышки попадали в кровоток пожилой мышки.

Рисунок 5 Омолаживание и лечение гипертрофии с помощью МСК

Поразительный эффект эксперимента сразу же проявился при визуальном осмотре. Сердце старой мыши, подвергшееся воздействию молодого кровообращения в течение 4 недель, стало заметно меньше. Но такая терапия малоэффективна для старого человека, поскольку молодые СК организма имплантируются в старую нишу и быстро приобретают свойства старых клеток.

2. Лечение инсультов мозга и повреждений нервной системы

В мозге есть своя стволовая клетка - нейрональная. В настоящий момент во многих лабораториях мира ведутся исследования по получению из СК юных нейронов - нейробластов, которые затем вводят в мозг, где они занимают место погибших нейронов. Что касается этого направления, то здесь получены многообещающие результаты по лечению больных с инсультом и болезнью Паркинсона.

3. Лечение заболеваний печени

Имеются данные экспериментальных исследований, посвященных возможности лечения цирроза печени при помощи трансплантации в печень МСК костного мозга. Результаты экспериментов противоречивы: с одной стороны, якобы, зарегистрированы случаи трансформации стволовых клеток в гепатоциты, а с другой -- трансплантация СК приводила к развитию аутоиммунного гепатита или к их трансформации в фибробласты и прогрессированию цирроза.

Известно, что ГСК пуповинной крови человека способны дифференцироваться в гепатоциты. Эта способность может быть широко использована в лечении различных заболеваний печени. Показано, что трансплантированные крысам в селезенку мононуклеары пуповинной крови человека, трансформированные геном зеленого флуоресцентного белка, мигрируют в печень крыс после частичной гепатэктомии и приобретают фенотип гепатоцитов, синусоидных клеток и холангиоцитов.

ВЫВОД

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 таят в себе невиданные возможности: от регенерации поврежденных органов и тканей до лечения заболеваний, не поддающихся лекарственной терапии.

Кроме восстановления утраченных функций органов и тканей, стволовые клетки способны тормозить неконтролируемые патологические процессы, такие как воспаления, аллергии, онкологические процессы, старение и т.д.

Именно клеточные технологии являются основой генной терапии, с которой связаны надежды на разработку индивидуальных схем лечения пациентов с самыми тяжелыми заболеваниями, в том числе наследственными.

Клеточные технологии и генная терапия представляют собой наиболее универсальные современные подходы к лечению. Технология стволовых клеток может привести к новому пониманию развития и дифференциации клеток, как и почему развиваются определенные ткани, почему возникают заболевания и как их лечить. Станет возможным клонирование от отдельных тканей до целых организмов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анисимов, В. Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения: в 2т. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Наука, 2008. - Т.1. - 481 С.

2. Березин, А. Е. Постнатальные эндотелиальные прогениторные клетки как биологические маркеры неоангиогенеза и реэндотелизации / А. Е. Березин, А. А. Кремзер // Сердце и сосуды. - 2013. - № 2. - С. 92-97.

3. Киясов, А. П. Стволовые клетки - модная тема или будущее медицины / А. П. Киясов // Практическая медицина. - 2006. - № 4. - С. 15-18.

4. Мезен, Н. И. Стволовые клетки: учебно-методическое пособие / Н. И. Мезен, З. Б. Квачева, Л. М. Сычик. - 2-е изд., доп. - Минск: БГМУ, 2014. - 62 С.

5. Селиванов, Е. А. Регуляция развития постнатальных стволовых клеток костного мозга ксеногенными иммунными глобулинами направленного действия / Е. А. Селиванов, В. И. Ругаль // Гены & Клетки: Том VI. - 2011. - № 11. - С. 34-38.

6. Стволовые клетки в регенеративной медицине: достижения и перспективы / А. Н. Лызиков [и др.] // Проблемы здоровья и экологии. - 2015. - №3. - С. 4-8.

7. Использование стволовых клеток в медицине [Электронный ресурс]. - URL: https://allbest.ru/

8. Стволовые клетки: история успеха [Электронный ресурс]. - URL: http://dislife.ru/articles/view/37359

9. Growth Differentiation Factor 11 Is a Circulating Factor that Reverses Age-Related Cardiac Hypertrophy [Электронный ресурс]. - URL: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(13)00456-X

10. Стволовые клетки организма и вечная молодость [Электронный ресурс]. - URL: https://nestarenie.ru/stvolovye-kletki-organizma-i-vechnaya-molodost.html

11. Открытие стволовых клеток [Электронный ресурс]. - URL: http://biofile.ru/bio/3831.html

12. 12 методов в картинках: микроскопия [Электронный ресурс]. - URL: https://biomolecula.ru/articles/metody-v-kartinkakh-mikroskopiia

13. Перепрограммисты клеток [Электронный ресурс]. - URL: https://m.gazeta.ru/science/2012/10/08_a_4804553.shtml

Размещено на Allbest.ru