Реферат: Что такое стволовые клетки
В частности, установлено, что инъекция экспериментальным животным стромальных клеток костного мозга в зону повреждения сердечной мышцы устраняет явления постинфарктной сердечной недостаточности. А стромальные клетки, введенные свиньям с экспериментальным инфарктом, уже через восемь недель полностью перерождаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая ее функцию. Результаты такого лечения инфаркта впечатляющи. По данным Американского кардиологического общества, за 2000 г. у крыс с искусственно вызванным инфарктом 90% стромальных клеток костного мозга, введенных в область сердца, трансформировались в клетки сердечной мышцы.
Японские биологи в лабораторных условиях получили клетки сердечной мышцы из стромальных клеток костного мозга мышей. В культуру стромальных клеток добавляли 5-азацитидин, и они начинали превращаться в клетки сердечной мышцы. Такая клеточная терапия весьма перспективна для восстановления сердечной мышцы после инфаркта, поскольку для нее используются собственные стромальные клетки. Они не отторгаются, и, кроме того, при введении взрослых стволовых клеток исключена вероятность их злокачественного перерождения.
Широко применяется терапия стромальными клетками в ортопедии. Это связано с существованием особых белков, так называемых ВМР (костные морфогенетические белки), которые индуцируют дифференцировку стромальных клеток в остеобласты (клетки костной ткани). Клинические испытания в этом направлении дали многообещающие результаты. Например, в США 91-летней пациентке с незаживающим в течение 13 лет переломом вживили специальную коллагеновую пластинку с нанесенными на нее ВМР. Поступающие в зону перелома стромальные клетки «притягивались» к пластинке и под влиянием ВМР превращались в остеобласты. Через восемь месяцев после установки такой пластинки сломанная кость у больной восстановилась. Сейчас в США проходят испытания и скоро начнут применяться в клинике специальные пористые губки, наполненные одновременно и стромальными клетками и нужными индукторами, направляющими развитие клеток по требуемому пути.
Большое значение придают стволовым клеткам (в частности, стромальным) при лечении различных нейродегенеративных и неврологических заболеваний — паркинсонизма, болезни Альцгеймера, хореи Гентингтона, мозжечковых атаксий, рассеянного склероза и др. Группа неврологов из Американского национального института неврологических заболеваний и Стэнфордского университета обнаружила, что стромальные стволовые клетки костного мозга могут дифференцироваться в нейральном направлении. Значит, костный мозг человека можно использовать как источник стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей в головном мозгу. При этом, видимо, возможен не только заместительный, но и трофический эффект трансплантата (это предположение основано на том, что положительное действие трансплантата проявляется через две недели, а эффект замещения возможен лишь спустя три месяца). Следовательно, пациент может стать собственным донором, что предотвратит реакцию иммунологической несовместимости тканей.
Группа американских ученых под руководством Е.Мизей показала, что стволовые клетки, куда бы их ни имплантировали, способны достигать поврежденного места, в частности мозга, и обеспечивать там восстановительные процессы. Так, после внутривенного введения взрослым мышам стромальных стволовых клеток во многих областях мозга (включая неокортекс, гиппокамп, таламус, ствол мозга и мозжечок) были обнаружены различные нейральные производные. Впрочем, литературные данные по этой проблеме весьма противоречивы. Однако если к культуре стромальных стволовых клеток добавить ретиноевую кислоту, в них обнаруживаются нейральные маркеры (рис.5). Такие клеточные культуры харьковские хирурги небезуспешно применяли для лечения болезни Паркинсона, вводя их в область полосатого тела (рис.6).
Рис.5. Дифференцировка нервноклеточных элементов в культуре стромальных стволовых клеток человека под влиянием ретиноевой кислоты: а — исходная культура, б — окраска на нейрофиламенты, в, г — окраска на b3-тубулин.
Рис.6. Иммунофлюоресцентная окраска на нейроспецифические маркеры клеток, дифференцирующихся в нейральном направлении, в культуре стромальных стволовых клеток костного мозга человека. Такие клетки использовали харьковские хирурги для лечения болезни Паркинсона.
Весьма перспективны также попытки использовать стволовые клетки пуповины и плаценты в клинике. В целом для успешной пересадки стволовых клеток, независимо от области применения, очень важно научиться сохранять их жизнеспособность. Ее можно повысить, если в геном пересаживаемых нейронов вводить гены ростовых нейротрофических факторов, которые служат защитой от апоптоза. Такие попытки ведутся в различных лабораториях США и Европы.
Больших успехов в изучении и практическом использовании стволовых клеток добились и отечественные исследователи. Специалисты из Института акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН выделили региональные нейральные стволовые клетки и впервые получили их подробную иммуногистохимическую характеристику, в том числе на проточном флюориметре. В опытах с пересадкой стволовых нейральных клеток человека в мозг крыс показана их приживляемость, миграция на достаточно большие расстояния (несколько миллиметров) и способность к дифференцировке, которая в значительной степени определялась микроокружением трансплантата. Например, при пересадке нейральных клеток человека в область мозжечка крысы, где расположены клетки Пуркинье, они развиваются в направлении именно этого типа клеток. Об этом свидетельствует синтез в них белка калбиндина, специфического продукта клеток Пуркинье.
Отечественные биологи (Институт биологии гена РАН, Харьковский институт криобиологии и фирма «Виола») впервые разработали оригинальную методику индукции в культуре: стромальные стволовые клетки дифференцировались в направлении клеток, похожих на клетки островков Лангерганса, содержащих инсулин. Наличие этого белка в них определяли с помощью современных методов молекулярной биологии и цитологии. Самое интересное, что в культуре эти клетки формируют структуры, напоминающие островки Лангерганса. Не исключено, что в далекой перспективе они станут незаменимы для лечения диабета.
Интересную совместную работу провели сотрудники трех академических научных учреждений — Института биологии гена, Института биологии развития и Института молекулярной биологии. При пересадке кусочков эмбриональной нервной ткани дрозофилы в мозг крысы заметили, что вокруг трансплантата не формируется рубцовая ткань. Оставалось выяснить, за счет чего это происходит. С помощью достаточно тонких экспериментов удалось установить, что образованию рубца препятствуют белки теплового шока, которые синтезируются в клетках дрозофилы при температуре тела млекопитающих. Значит, добавление ксенотрансплантата (ткани дрозофилы) к эмбриональной нервной ткани крысы спасает аллотрансплантат от нашествия рубцовой ткани (рис.7). Так появилась возможность использовать белки теплового шока в клеточной и генной терапии различных заболеваний.
Рис.7. Трансплантация клеток дрозофилы в мозг крысы (ксенотрансплантация). а, б — меченые клетки дрозофилы (стрелки) в мозге крысы; в — аллотрансплантат эмбриональной нервной ткани крысы в сочетании с ксенотрансплантатом (стрелка); г — стимуляция роста кровеносных сосудов ксенотрансплантатом; д — рубцовая ткань (стрелка) на границе аллотрансплантат/ткань хозяина; е — добавление ксенотрансплантата к аллотрансплантату блокирует образование рубца.
Подобные исследования позволят создавать генно-инженерные конструкции для трансформации стволовых клеток, предназначенных для пересадки. Эти структуры помогут лучшему приживлению трансплантата, повысят его жизнеспособность и специализацию составляющих его клеток.
Необходимо сравнить и внимательно проанализировать результаты трансплантации стволовых клеток в виде цельных или диссоциированных на клетки нейросфер и разработать соответствующий протокол для клинического использования.
Впрочем, нельзя не сказать о том, что из достаточно авторитетных лабораторий раздаются весьма скептические отклики на такие работы и предупреждения о необходимости осторожно интерпретировать полученные данные. Приводятся факты, свидетельствующие, что стволовые клетки не дифференцируются после их трансплантации, а сливаются со специализированными клетками хозяина, создавая видимость собственной дифференцировки. Некоторые авторы считают, что стромальные клетки костного мозга способны превращаться только в клетки хряща и кости, а при их инъекции реципиенту оседать там, откуда «пришли», т.е. в костном мозгу, в связи с чем перспективы их использования в клеточной терапии ставятся под сомнение. Очевидно, необходимы дополнительные серьезные исследования для ответа на поставленные вопросы и выдвинутые возражения.
Список литературы
1. Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. М., 2002.
2. Репин В.С., Ржанинова А.А., Шаменков Д.А. Эмбриональные стволовые клетки: фундаментальная биология и медицина. М., 2002.
3. Репин В.С., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. М., 1998.
4. Онтогенез. 2003. Т.34. №3. Выпуск целиком посвящен проблеме стволовых клеток.
