Geum.ru

Валерій Миколайович Запорожан. О. Одес держ мед ун-т, 2008. 284 с. Рос мова. Isbn 978-966-443-009-5 Ця книга

Вид материалаКнига

Содержание


4.2. Стволовая клетка: панацея или авантюра?
Подобный материал:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   20

4.2. Стволовая клетка: панацея или авантюра?


Одной из революционных идей ушедшего тысячелетия стало открытие стволовой клетки. В 1999 году журнал «Сайенс» признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Термин «стволовая клетка» был введен в биологию А. Максимовым в 1908 году на съезде гематологического общества в Берлине, но научное развитие и статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века. Подразумевается под этим термином определенная популяция способных к бесконечному числу делений незрелых предшественников «взрослых», или дифференцированных, клеток с четко заданными функциями.

В 1998 году Джеймс Томпсон из Висконсинского университета (США) выделил несколько линий бессмертных эмбриональных стволовых клеток из бластоцисты — ранней стадии эмбриона человека. Источником этих клеток послужили зародыши, которые остались неиспользованными при индуцировании беременности после процедуры искусственного оплодотворения. В питательной среде зародышей с помощью специальной техники разделили на отдельные компоненты, выделили группу клеток, которые называют эмбриобластом, и поместили их в особую ростовую среду. Эти клетки дали начало множеству новых колоний клеток — клонов. Добавление к клонам факторов роста способствует процессу дифференциации этих клеток в клетки различных тканей.

Одновременно с Джеймсом Томпсоном Джон Герхарт (Университет Джона Хопкинса, США) опубликовал в Анналах Национальной академии США метод выделения бессмертных линий эмбриональных стволовых клеток из полового бугорка 4– 5-дневных эмбрионов. Далее из этих клеток развиваются разные специализированные типы клеток, из которых потом формируются сердце, легкие, кожа и другие ткани.

Особенность стволовых клеток состоит в том, что они не обладают признаками и свойствами ни одной ткани или органа. Это ни мышечные, ни нервные, ни печеночные или кожные, костные или хрящевые клетки. Они не специализированные. Для того чтобы эти клетки стали «взрослыми», они должны пройти процесс дифференциации. Этот термин означает, что стволовые клетки по мере взросления приобретают свойства различных клеток взрослого организма, характерные для определенных тканей или органов.

Различают два типа стволовых клеток: эмбриональные и взрослые клетки организма (соматические). Эмбриональные клетки выделяют из эмбриона на ранней стадии развития, когда оплодотворенное яйцо в процессе деления образует около 1000 клеток. Потенциал их очень высок, они могут давать начало практически всем типам клеток организма и характеризуются высокой пролиферативной активностью. Однако в опытах на мышах показано, что при определенных условиях эмбриональные стволовые клетки способны вызывать тератомы — зародышевые опухоли. В связи с этим к вопросу клинического применения недифференцированных эмбриональных стволовых клеток подходят очень осторожно. Источником получения таких клеток обычно служат эмбрионы, оставшиеся в клиниках, занимающихся искусственным оплодотворением.

Другой источник получения эмбриональных стволовых клеток человека предложили сотрудники Гарвардской медицинской школы. Этот метод состоит в том, что материал клетки человека соединяют с внутренним содержимым клетки коровы путем электрического разряда. Из такой гибридной клетки в дальнейшем получают зародыш, клетки которого можно затем заставить дифференцироваться в клетки различных тканей. Такой неприродный гибрид проходит все стадии развития, характерные для эмбриона человека. Метод позволяет получать стволовые клетки в обход беременности, что порождает многие этические, правовые и научные проблемы.

В последние годы бессмертные линии эмбриональных стволовых клеток также выделены из эмбрионов кроликов, свиней, приматов, рыб, некоторых домашних животных. Все эмбриональные стволовые клетки имеют близкую морфологию, внешние признаки и почти одинаковый набор молекулярных механизмов для запуска развития.

Перспективным источником стволовых клеток считается кровь из пуповины новорожденных, где их содержится большое количество. В настоящее время создаются банки для хранения пуповинной крови новорожденных детей. Цель создания таких банков — это возможность применения собственных стволовых клеток, если они потребуются человеку в дальнейшей жизни. Использование собственных стволовых клеток наиболее перспективно. Они не вызывают иммунного ответа и отторжения, не несут чуждых для человека генов. Стволовые клетки ничем не инфицированы, они не заражаются вирусами и особо устойчивы к инфекциям. Эти клетки имеют дополнительный запас прочности, причем эта прочность сохраняется на протяжении всей их жизни.

Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге и в очень небольших количествах — в других органах и тканях. Научные данные последних лет говорят о наличии таких клеток практически во всех органах и тканях организма: в коже, мышцах, жире, кишечнике, нервной ткани, костном мозге и даже сетчатке глаза. «Взрослые» стволовые клетки хотя и не обладают плюрипотентностью (свойство дифференцироваться во все типы клеток) эмбриональных стволовых клеток, могут давать начало многим видам клеток организма. Они могут превращаться в разные типы клеток, но не в любые. Кроме того, вне организма количество делений «взрослых» стволовых клеток ограничено.

Одним из ценных источников взрослых стволовых клеток может быть жировая ткань. В Национальной университетской клинике Сингапура поставили оригинальный эксперимент: в место перелома кости кролику вводили стволовые клетки, полученные из подкожной жировой клетчатки, костного мозга и надкостницы. Пункция костного мозга и взятие участка надкостницы — потенциально травмирующий процесс, который часто сопровождается повреждением кости, разрушением сосудов. Отбор клеток из жировой ткани был, практически, атравматичным. Самое интересное то, что результаты восстановления структуры кости были успешными независимо от источника получения стволовых клеток. Через несколько месяцев после начала эксперимента наилучший показатель заживления был в группе, леченной стволовыми клетками из жира. Жир — это идеальный донор (наконец-то ему нашли достойное применение!).

Выделив стволовые клетки, ученые биологи и генетики впервые получили в руки прототип «клетки-праматери», которую эволюция в процессе длительного отбора выбрала для повторения вида в каждом новом поколении.

Основная функция стволовых клеток — это регенерация (восстановление). Любые воспалительные реакции в организме, любой сбой в работе различных систем вызывают активацию этих клеток. Стволовые клетки служат основным источником запасного материала организма, они участвуют в восстановлении любых типов повреждений. Эти клетки универсальны, они способны трансформироваться в любую клетку. В этом есть их уникальность.

Стволовые клетки — основной строительный материал организма. Ежедневно в организме человека происходит обновление примерно биллиона клеток. На смену поврежденным или устаревшим клеткам приходят новые, которые берут свое начало от стволовых клеток. У человека в любом возрасте есть стволовые клетки, но с возрастом их количество и качество снижаются, что, в том числе, проявляется процессом старения.

Следует отметить, что стволовые клетки стали применяться раньше, чем были открыты и изучены. Пример такого практического их использования — трансплантация костного мозга при ряде заболеваний крови. Достижения последнего десятилетия способствуют дальнейшему развитию регенеративной медицины. Открытие стволовых клеток и разработка технологии их получения создали принципиальную возможность полной реконструкции человека.

Область возможного практического применения стволовых клеток весьма обширна. Уникальные возможности эмбриональных стволовых клеток могут использоваться в трансплантологии, фармакогеномике и биологии развития, в репродуктивных технологиях. Способность эмбриональных стволовых клеток к неограниченной пролиферации и вторичной дифференцировке «в пробирке» заинтересовала создателей «биологического сырья» для трансплантации взамен донорских органов и фетальной ткани. Потребности медицины в новом биологическом сырье огромны. Только у 10–20 % людей пересадка органов проходит удачно. Более 70 % больных погибают без лечения в ожидании донорского органа для трансплантации.

Перспективное направление — использование стволовых клеток для восстановления клеток мышечной ткани сердца (миокарда). В процессе эмбрионального развития в сердце дифференцируются и растут клетки, способные сокращаться, — кардиомиоциты. В периоде новорожденности запас кардиомиоцитов, которые делятся, стремительно уменьшается, вследствие чего увеличение массы сердца происходит, главным образом, за счет увеличения в объеме отдельных клеток миокарда. Многие формы сердечно-сосудистых заболеваний сопровождаются острой или хронической гибелью сердечных мышечных клеток. Несмотря на достижения в лечении инфаркта миокарда, возможности ткани сердца к восстановлению весьма ограничены. Большое будущее пророчат лечению, направленному на замещение кардиомиоцитов, — клеточной трансплантации. Поскольку эмбриональные стволовые клетки способны превращаться в любую клеточную линию, их можно ввести в участок миокарда, где они будут дифференцироваться в кардиомиоциты, восполняя дефект ткани. Это очень непростой процесс, требующий использования методов молекулярной биологии, высокоточной медицинской аппаратуры для отбора, культивирования и анализа клеток. Кроме того, имеются многие ограничения при выращивании эмбриональных стволовых клеток, например, блок размножения или дифференциации, вследствие изменения градиентов физико-химических параметров питательной среды, сложностей с поддержанием и контролем культуры клеток.

Стволовые клетки могут использоваться в лечении многих заболеваний нервной системы — последствий инсульта и травм спинного мозга, атеросклероза, болезни Альцгеймера. В экспериментах на животных доказано, что эмбриональные стволовые клетки активно внедряются в мозг взрослых особей, улучшая его функцию, нивелируя возрастные изменения. Пересадку стволовых клеток предлагают использовать для лечения болезни Паркинсона — заболевания, обусловленного утратой клетками способности продуцировать вещество (нейромедиатор) допамин. Хотя следует отметить, что у некоторых пациентов такое лечение сопровождается нежелательными эффектами.

Возможная область применения стволовых клеток — лечение поражения поджелудочной железы. Многообещающим направлением является пересадка клеток при сахарном диабете и других нарушениях эндокринной системы. В 2000 году Б. Клинтон пообещал решить проблему диабета с помощью «биофабрик» островков Лангерганса, которые в ближайшие годы будут получены из эмбриональных стволовых клеток человека.

В эксперименте на животных выявлен интересный феномен: пересадка в поджелудочную железу некоторых клеток приводит к образованию поджелудочных гепатоцитов — клеток печени, которые способствуют восстановлению утраченной функции печени.

Есть сообщения, что ряд исследователей начали выполнять пересадку эмбриональных гепатоцитов как дополнение или альтернативу пересадки целого или части органа при острых, хронических или наследственных болезнях печени. Пересадка гепатоцитов в селезенку у больных циррозом печени или наследственными метаболическими заболеваниями приводит к клиническому улучшению их состояния. Ограничением для широкого применения такой методики становится необходимость очень большого числа клеток.

Предприняты попытки использовать взрослые стволовые клетки для лечения злокачественных новообразований (опухоли мозга, молочной железы, яичников, сетчатки глаза, почек), а также заболеваний крови и лимфатической системы (лейкоз, лимфосаркома).

Единый, универсальный механизм действия стволовых клеток пытаются использовать для лечения практически всех нарушений функционирования организма, в том числе для восстановления кожи, хрящей и костей.

Хотя стволовые клетки могут влиять на состояние иммунитета, в лечении тяжелых «медленных» инфекций, таких как ВИЧ-инфекция, вирусный гепатит С, они пока не нашли своего применения, но это направление их применения изучается.

Использование клеток человеческого эмбриона также связано с биоэтическими проблемами — гибелью зародышей для получения материала стволовых клеток. Немаловажна также чужеродность для человека клеток зародыша, то есть при применении эмбриональных стволовых клеток возникает проблема тканевой совместимости (гистосовместимости) при использовании частично дифференцированных клеток. Чужеродный (аллогенный) материал может отторгаться. В связи со всем вышеперечисленным большее внимание уделяется не эмбриональным, а собственным стволовым клеткам взрослого организма.

Клеточная терапия — это первый шаг на пути реконструкции человека. Быть может, в ближайшие годы наука даст реальную возможность создавать отдельные органы из единичных клеток самого пациента. Это решает огромные медицинские и социальные проблемы трансплантации донорских и искусственных органов.

Тем не менее, на пути полной реконструкции человека существуют серьезные проблемы. Если речь идет об использовании эмбриональных стволовых клеток, то для каждого конкретного индивидуума эти клетки всегда чужеродны, так как получены из чужого организма. При введении взрослых стволовых клеток следует помнить, что с возрастом, в дополнение к получаемым генетическим нарушениям, каждая клетка человека содержит дополнительные непрерывно возникающие и накапливающиеся с годами наследственные повреждения — мутации. Полученные от такой клетки ее потомки будут иметь такие же повреждения. Созданные на их основе органы или ткани генерируются абсолютно идентичными как по возрасту, так и по повреждениям. Для решения этих проблем следует использовать генные технологии, но это уже тема отдельного разговора.

Экспериментальные исследования нашей лаборатории, проведенные на мышах, показали, что при взаимодействии эмбриональных стволовых клеток со взрослым организмом происходят определенные изменения в строении щитовидной железы, печени, почек, сердца. Возможно, это следствие разного возраста клеток донора и реципиента. Кроме того, существуют и половые различия в ответе на введение стволовых клеток. Мужской организм реагирует активнее, чем женский. Вероятно, особенности нейроэндокринной и иммунной регуляции женского организма, предназначенного для вынашивания «чужеродного» по антигенному составу плода, создали определенные механизмы защиты от экзогенных клеток.

Таким образом, введение стволовых клеток может вызывать неожиданные и разноплановые реакции в организме, требующие тщательного детального исследования. Необходимо теоретически обосновать, а затем экспериментально подтвердить пути предотвращения возникновения возможных негативных последствий стволовой терапии, прежде чем она придет на вооружение в клинику.

Экспериментальное изучение и клиническое применение стволовых клеток, несомненно, должно быть под постоянным этическим контролем. В условиях перехода биосферы в ноосферу использование стволовых клеток — это один из способов вмешательства человека в регуляторные механизмы природы. Это обстоятельство позволяет рассматривать проблему стволовых клеток как объект нооэтического анализа.