Классификация и потенциал стволовых клеток
В зависимости от времени существования в организме выделяют два основных пула незрелых клеток, которые принципиально различаются своими возможностями:
- Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). В естественных условиях они присутствуют только на протяжении первых двух недель эмбрионального развития. Их ключевая особенность — тотипотентность. Это означает абсолютную универсальность: ЭСК способны превращаться в любой из примерно 260 типов клеток, из которых состоит тело человека. Именно это свойство делает их главным инструментом для перспективной регенерации любых поврежденных органов и тканей.
- Постэмбриональные стволовые клетки. Этот тип клеток сохраняется в тканях человека на протяжении всей жизни после завершения эмбрионального периода. В отличие от ЭСК, они обладают плюрипотентностью. Их потенциал более узкий: они могут дать начало многим, но далеко не любым клеточным типам. Классический пример — стволовые клетки красного костного мозга, которые обеспечивают постоянное кроветворение.
Основная функция всех этих клеток — обеспечение бесперебойной физиологической (ежедневное текущее обновление тканей) и репаративной (восстановление после травм) регенерации.
Технология терапевтического клонирования
Чтобы пересаженные ткани прижились, они должны быть полностью генетически совместимы с пациентом. Для получения таких структур используют терапевтическое клонирование (например, метод переноса ядра соматической клетки). Это позволяет создать ЭСК, аутологичные реципиенту, что исключает иммунологическое отторжение.
Механизм переноса ядра состоит из нескольких этапов:
- У донорской яйцеклетки предварительно удаляют собственное ядро (получают энуклеированную яйцеклетку).
- Рядом с ней помещают соматическую клетку пациента (к примеру, клетку эпителия кожи или кишечника).
- С помощью электрического импульса провоцируют слияние клеток и активацию ооцита.
- Происходит перепрограммирование ДНК соматической клетки: она возвращается в исходное состояние зиготы.
- Начинается активное деление, и через несколько дней формируется бластоциста (зародыш из 100–250 клеток), из которой изолируют нужные стволовые клетки.
Важнейшее преимущество этой методики заключается в решении проблемы клеточного старения. У обычных зрелых клеток при каждом цикле деления необратимо укорачиваются концевые участки хромосом — теломеры, что ограничивает их жизнь. В процессе перепрограммирования генома активируется фермент теломераза. Она достраивает теломерные участки до исходной длины, позволяя получить абсолютно здоровые и «омоложенные» клетки.
Дифференцировка и применение в медицине
Извлеченные из внутренней клеточной массы бластоцисты клетки помещают в специальную культуру. На начальном этапе важно не дать им вступить в раннюю дифференцировку. Затем запускается процесс направленного развития для получения специфического типа ткани (нервной, мышечной, эндокринной).
Направление дифференцировки может быть:
- Спонтанным: происходит естественным образом в процессе культивирования на питательных средах (так получают клетки крови или кардиомиоциты).
- Индуцированным: требует вмешательства извне с помощью химических веществ-регуляторов. Доказано, что добавление ретиноевой кислоты индуцирует превращение эмбриональных стволовых клеток в нервные клетки.
При успешной пересадке такие клетки приживаются и начинают вырабатывать местные химические сигналы, что стимулирует замещение разрушенных структур пациента его же собственными, но заново выращенными здоровыми тканями. Главное условие успеха — учет генов самоузнавания (MHC/HLA).
В чем отличие от репродуктивного клонирования?
Оба направления науки используют схожие стартовые технологии — перенос генетического материала пациента в пустую донорскую яйцеклетку. Однако их конечные цели кардинально различаются.
При терапевтическом (нерепродуктивном) клонировании образовавшийся ранний эмбрион искусственно разрушается для выделения ценных клеточных культур. Эти культуры выращиваются in vitro и используются исключительно для лечения (аутологичной трансплантации) конкретного человека, чья ДНК была использована.
В случае же репродуктивного клонирования эмбрион сохраняется. Его имплантируют суррогатной матери для последующего вынашивания, а итоговой целью является рождение нового полноценного организма, генетически идентичного донору ядра.
Чтобы не путать термины: Тотипотентность — Тотальная универсальность (ЭСК, любой из 260 типов). Плюрипотентность — Повышенный выбор (постэмбриональные, многие типы, но не все).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем главное отличие эмбриональных стволовых клеток от постэмбриональных?
Эмбриональные клетки тотипотентны (могут превратиться в абсолютно любую клетку организма) и существуют лишь первые две недели развития эмбриона. Постэмбриональные клетки остаются с человеком на всю жизнь, но они плюрипотентны — их возможности ограничены определенным набором тканей.
Для чего при клонировании удаляют ядро из донорской яйцеклетки?
Ядро яйцеклетки удаляют (энуклеация), чтобы освободить место для ядра соматической клетки пациента. Это нужно для создания тканей, генетически идентичных организму больного, что сводит к минимуму риск иммунного отторжения при пересадке.
Как решается проблема старения при получении стволовых клеток из соматических?
При перепрограммировании генома соматической клетки происходит активация фермента теломеразы. Теломераза восстанавливает длину концевых участков хромосом (теломер), которые ранее укоротились из-за старения, возвращая полученным клеткам молодость и способность делиться.
Что ещё разобрать по теме
- Методы создания пациент-специфичных ЭСК: партеногенез и перенос цитоплазмы.
- Иммунологические барьеры: роль генов самоузнавания (MHC/HLA) при трансплантации.
- Этапы раннего эмбриогенеза человека: от образования зиготы до формирования бластоцисты.
- Механизмы репаративной регенерации: как местные химические сигналы управляют восстановлением тканей.
- Лимит Хейфлика и молекулярные основы клеточного старения.
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Стволовые клетки» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Медицинская генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.