Стволовые клетки и эксплантация

Биологическая суть стволовых клеток

В организме человека существует особый резерв незрелых структур, которые обеспечивают обновление тканей. Главная особенность таких клеток заключается в их двойственном потенциале: они могут поддерживать собственную популяцию путем самовоспроизведения и способны к дифференцировке.

Интересно, что процесс развития и созревания этих структур имеет уникальные эмбриологические черты. В отличие от стандартного пути развития многоклеточного организма, дифференцировка стволовых клеток осуществляется в обход классической стадии гаструляции. Это означает, что для формирования зрелой ткани им не требуется предварительное образование зародышевых листков.

Впервые эти удивительные клетки были успешно выделены в 1998 году. С тех пор наука разделяет их на две основные категории в зависимости от этапа развития организма:

• Эмбриональные стволовые клетки. Их получают на самых ранних этапах онтогенеза — на стадии бластоцисты или из тканей пятинедельного эмбриона.
• Взрослые стволовые клетки. К этой группе относятся, например, гемопоэтические клетки, которые присутствуют в уже сформированном организме.

Источники и потенциал дифференцировки

Для получения необходимого биологического материала в современной медицинской практике чаще всего используют клетки пуповинной крови, а также стромальные клетки, извлекаемые из костного мозга.

Высокий терапевтический интерес к этим структурам обусловлен их колоссальным потенциалом дифференцировки. Из незрелого предшественника в искусственных или естественных условиях могут формироваться самые разнообразные специализированные элементы человеческого тела:

1. Нейроны (клетки нервной системы).
2. Гепатоциты (клетки печени).
3. Кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы).
4. Различные варианты эпителиальных клеток.

Несмотря на столь впечатляющие возможности, использование этого ресурса имеет строгие биологические ограничения. Во-первых, естественный запас таких клеток в организме взрослого человека крайне невелик. Во-вторых, они подвержены так называемому лимиту Хейфлика — жесткому ограничению количества возможных делений, которое составляет всего 50–100 циклов.

Эксплантация: жизнь вне организма

Термин эксплантация происходит от латинских слов ex (вне) и plantare (сажать). Он обозначает лабораторный метод культивирования изолированных органов, тканей или отдельных клеток за пределами живого организма. Этот подход является простым и экономически выгодным способом долгосрочного макромасштабного выращивания человеческих клеток.

Значение метода эксплантации трудно переоценить, так как он охватывает сразу несколько фундаментальных и прикладных направлений:

• Медицинская перспектива. Технология наглядно демонстрирует принципиальную возможность преодоления барьеров иммунологической несовместимости при пересадке тканей.
• Клиническая диагностика. Культивирование клеток периферической крови позволяет врачам точно подсчитать число хромосом. Это критически важно для своевременной диагностики различных хромосомных болезней.
• Изучение мутагенеза. Метод дает возможность детально исследовать механизмы возникновения мутаций непосредственно в соматических клетках.

Применение в науке и клеточной терапии

Помимо диагностики, эксплантация служит мощным инструментом для проведения масштабных научных исследований. Благодаря культивированию тканей in vitro ученые могут в реальном времени изучать тонкие стадии митоза и анализировать процессы дифференцировки клеток в эмбриогенезе (эти процессы активно изучаются на примере млекопитающих и птиц). Метод помогает решать сложнейшие вопросы в области цитологии, гистологии, эмбриологии, нормальной физиологии, генетики и даже онкологии.

Накопленные фундаментальные знания сегодня активно переходят в плоскость практической медицины, формируя направление клеточной терапии. Выращенные клеточные культуры успешно применяются для лечения тяжелейших патологий, среди которых:

• Инсульт;
• Инфаркт миокарда;
• Цирроз печени;
• Сахарный диабет и многие другие заболевания, требующие восстановления утраченных или поврежденных тканей.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизмы дифференцировки без стадии гаструляции
• Специфика выделения клеток на стадии бластоцисты
• Преодоление иммунологической несовместимости при клеточной терапии
• Применение гемопоэтических клеток костного мозга
• Особенности изучения мутагенеза в соматических клетках

Другие темы раздела «Трансплантация»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.