Стовбурові
клітини
Стовбурові клітини, також відомі як штамові клітини — це первинні клітини, що зустрічаються в усіх багатоклітинних організмах.
Ці клітини можуть самовідновлюватися шляхом поділу клітини, а також можуть диференціюватися
в досить велику кількість спеціалізованих типів клітин. Дослідження стовбурових
клітин людини розпочалося з відкриття канадських учених Ернеста Мак Кулоха (Ernest A.
McCulloch) та Джеймса Тілла (James E. Till)
у 1960.
Існують дві досить широкі категорії стовбурових клітин ссавців: ембріональні стовбурові клітини, що походять
безпосередньо від бластоцисти, та стовбурові клітини дорослого організму, що
знаходяться у зрілих тканинах. У ембріонах, що розвиваються,
стовбурові клітини можуть дифференціюватися в усі спеціалізовані ембріональні
тканини. Стовбурові клітини дорослого організму діють як репараційна система
для тіла, підтримуючи потрібну кількість спеціалізованих клітин.
Так як стовбурові клітини можна вирощувати та програмувати на спеціалізацію
(наприклад, отримати м'язи чи нервову тканину) завдяки методу клітинних
культур, їх стали вживати для лікування хворих (це так звана Клітинна
терапія). Кістковий мозок може бути одним із джерел стовбурових клітин.
Властивості стовбурових клітин
Особливість стовбурових клітин полягає у тому, що вони мають такі основні
властивості:
- Безмежні можливості — можливість диффренціюватися у будь-який клітинний тип. Це
робить стовбурові клітини тотипотентними чи плюрипотентними, хоча деякі
мультипотентні чи навіть уніпотентні попередники деяких клітинних ліній
теж часом називають стовбуровими клітинами.
Ці якості можна підтвердити in vitro за допомогою
такого методу, як аналіз клонів, де аналізуються нащадки однієї клітини. Проте,
in vitro умови
клітинної культури можуть змінювати поведінку клітин, тому з таких
експериментів до кінця не відомо, чи будуть стовбурові клітини поводити себе
таким самим чином в умовах in vivo.
Навіть часом мають місце дебати, чи можна вважати дійсно стовбуровими клітинами
деякі запропоновані популяції дорослих клітин?
Потенціал
стовбурових клітин — це можливість їхнього перетворення на диференційовані
типи клітин.
- Тотипотентні стовбурові клітини отримують унаслідок злиття сперматозоїду з
яйцеклітиною. Клітини, що утворюються внаслідок декількох перших поділів
заплідненої яйцеклітини теж Тотипотентні. Ці клітини можуть перетворитися
на ембріональні та екстраембріональні (поза-ембріональні) типи клітин.
- Плюрипотентні стовбурові клітини походять від тотипотентних клітин і можуть
утворити клітини трьох зародкових шарів.
- Мультипотентні стовбурові клітини можуть утворювати лише близькі типи клітин
(наприклад, гематопоетичні стовбурові клітини утворюють червоні кров'яні
тільця, білі кров'яні тільця, тромбоцити, тощо).
- Уніпотентні стовбурові клітини можуть перетворитися лише на один тип клітин, але
мають здатність до самовідтворення, що відрізняє їх від «не
стовбурових» клітин.
Ембріональні стовбурові клітини
Ембріональні стовбурові клітинні лінії (ЕС клітинні лінії) — це культури
клітин, що походять від тканин епібласту (внутрішньої клітинної маси
бластоцисти). Бластоциста — це ранній ембріон (приблизно 4 — 5 день
ембріону людини); містить від 50 до 150 клітин. ЕС клітини є плюрипотентними,
вони дають початок усім трьом шарам ембріону: ектодермі, ендодермі та
мезодермі. Іншими словами, вони можуть перетворитися на усі типи клітин
дорослого організму (тобто більше 200 типів клітин) під дією необхідних
стимулів. ЕС клітини не можуть утворити екстра-ембріональні (позаембріональні)
оболонки чи плаценту.
Без стимулів до дифференціації ЕС клітини будуть продовжувати поділ in
vitro; кожна дочірня клітина зостанеться плюрипотентною. Плюрипотенція ЕС
клітин була перевірена як in vitro, так і in vivo. Тобто, ці
клітини дійсно можна назвати стовбуровими клітинами.
Завдяки своїм здібностям до безмежного розвитку і плюрипотентності
ембріональні стовбурові клітини є потенційним матеріалом для регенеративної
медицини і заміщення тканин після поранень чи хвороб. Сьогодні немає жодної
достовірної інформації щодо медичного використання ембріональних стовбурових
клітин. Це не дивно, зважаючи на те, що багато країн увели мораторій як на
дослідження ЕС клітин, так і на одержання нових ліній ЕС клітин.
Стовбурові клітини дорослого організму
Стовбурові клітини дорослого організму — це недифференційовані
клітини, що розповсюджені по всьому тілу. Вони розмножуються і заміщують
клітини, що померли, та відновлюють пошкоджені тканини тіла. Ці клітини
відносяться до соматичних (від грецького слова Σωματικóς, тобто тіло)
стовбурових клітин; вони знаходяться у тілах як дітей, так і дорослих.
Основні дослідження стовбурових клітин дорослого організму пов'язані з
визначенням їхньої здібності до необмеженого самовідтворення та їхнього
потенціалу дифференціюватися. Багато клітинних ліній, що звуться стовбуровими
клітинами дорослого організму, краще було б визначити як клітини-попередники,
бо вони мають обмежені здібності до дифференціювання.
Але все ж таки деякі мультипотентні чи навіть уніпотентні
клітини-попередники у дорослому організмі можуть мати велике значення у
регенеративній медицині. Уживання стовбурових клітин дорослого організму у
дослідженнях та в медицині не викликає такі етичні питання, як уживання
ембріональних стовбурових клітин. Одержання стовбурових клітин дорослого
організму не пов'язане зі знищенням ембріону. На відміну від досліджень
ембріональних стовбурових клітин, на дослідження стовбурових клітин дорослого
організму виділяються значні кошти. Стовбурові
клітини дорослого організму виділяють з тканин дорослих. Такі дослідження
здебільшого проводилися із клітинами людини та модельних тварин — миші
й пацюка.
Поділ стовбурових клітин
Для
того, щоб самовідтворюватися і перетворюватися в інші типи клітин, стовбурові
клітини розмножуються двома різними шляхами. Симетричний поділ, коли обидві
дочірні клітини стовбурові, і асиметричний поділ, коли одна дочірня клітина
стовбурова, а інша — клітина-попередник для інших типів клітин.
Клітина-попередник має менше можливостей для самовідтворення, ніж стовбурова
клітина. Клітина-попередник проходить декілька етапів поділу клітини перед тим, як остаточно
диференціюватися у зрілу клітину. Цілком імовірно, що різниця на молекулярному
рівні між симетричним та асиметричним поділом полягає у розподілі між дочірніми
клітинами білкового рецептору, що знаходиться на цитоплазматичній мембрані.
Проте цей механізм ще не достатньо досліджений.
Інша теорія полягає в тому, що стовбурові клітини залишаються
недиференційованими завдяки зовнішнім сигналам у їхній особливій ніші. Коли
стовбурові клітини залишають цю нішу або більше не отримують відповідного
сигналу, вони починають диференціюватися. Роботи на дрозофілі довели, що існує
спеціальний сигнал dpp, який стримує стовбурові клітини дрозофіли
від диференціювання.
Також були вивчені сигнали, що стимулюють перепрограмування клітин до
ембріонального виду. Ці сигнальні шляхи об'єднують декілька транскрипційних
факторів, у тому числі й білок-онкоген c-Myc. Початкові
дослідження показують, що трансформація мишачих
клітин у поєднанні із сигналами, що стримують диференціацію, може повернути
процес диференціації у зворотній бік і примусити зрілі клітини перетворитися
знову на плюрипотентні. Але необхідність трансормувати ці клітини за допомогою
білка-онкогену може стримати уживання цього методу у терапевтичних цілях.
Використання у медицині
Дослідники у галузі медицини впевнені, що стовбурові клітини мають
потенціал змінити зовнішній вигляд людських хвороб. Існує величезна кількість
лікувальних методів, що опираються на стовбурові клітини. Проте більшість з них
використовується досить рідко, бо це здебільшого експериментальні методи, до
того ж вони не завжди ефективні. Медики-дослідники уважають, що стовбурові
клітини можна використовувати для лікування онкозахворювань, хвороби
Паркінсона, пошкоджень спинного мозку, м'язів, тощо. Тим часом досі ще не
визначеною є суспільна та наукова позиція щодо етичного аспекту вживання
стовбурових клітин у медицині.
Проте стовбурові клітини вже досить успішно використовуються у наукових
дослідженнях, і далеко не всі вчені розділяють думку, що єдиною метою цих
досліджень є клітинна терапія. Вони вважають, що дослідження стовбурових клітин
є досить цінним і саме по собі.
Сьогодні в Україні дозволено проведення клінічних випробувань (Наказ МОЗ
України № 630 «Про проведення клінічних випробувань стовбурових клітин»,
2008 р.) з лікування наступних патологій із застосуванням стовбурових
клітин: панкреонекроз, цироз печінки, гепатити, опікова хвороба, цукровий
діабет II типу, розсіяний склероз, критична ішемія нижніх кінцівок. Першим, хто
отримав право на проведення клінічних випробувань в галузі застосування
стовбурових клітин в Україні, став Інститут
клітинної терапії. За допомогою стовбурових клітин пуповинної крові
вже успішно проведено лікування десятків пацієнтів з цими захворюваннями.
|