Эмбриональные стволовые клетки
Содержание
1. Введение…………………………………………………………………………...3
2. Историческая справка…………………………………………………………….5
3. Стволовые клетки…………………………………………………………………7
4. Классификация…………………………………………………………………….8
4.1 Эмбриональные стволовые клетки………………………………………….8
4.2 Фетальные стволовые клетки………………………………………………...10
4.4Постнатальные стволовые клетки…………………………………………...11
4.4 Гемопоэтические стволовые клетки………………………………………....11
4.5 Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки………………....12
4.6 Тканеспецифичные прогениторные клетки………………………………....14
5. Способы получения стволовых клеток…………………………………………...14
6. Кровь жизни………………………………………………………………………..15
7. Заключение………………………………………………………………………...19
8. Литература…………………………………………………………………………20
Введение
"Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки", - считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин.Хотя термин "стволовая клетка" был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века.
В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.
Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции.Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать "запчастями" для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы - стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека
Некоторые клетки плода и взрослого организма сохраняют способность давать начало специализированным клеткам различного типа.Раздел регенеративной клеточной медицины, сулящий людям излечение от многих тяжелых болезней - это изучение стволовых клеток.
Стволовые клетки - клетки, входящие в состав постоянно обновляющихся тканей животных и способные развиваться в различных направлениях, в пределах тканевой дифференцировки. Стволовые клетки делятся на эмбриональные и соматические, т.е. клетки взрослого организма. Эмбриональные выделяются из эмбриона на ранней стадии развития.
2. Историческая справка
В 1908 году гистолог, профессор военно-медицинской академии в Санкт-Петербурге Александр Максимов (1874-1928) исследовал развитие клеток крови. Исследования привели к стройной теории.
В так называемом красном костном мозге живут специальные клетки, единственное занятие которых – делиться. После каждого деления получается две клетки, одна из них выбирает карьеру кровяной, а другая подрастает и снова делится. Делящиеся клетки как бы образуют «ствол», от которого в каждом цикле вбок отходят «веточки» – клетки, приобретающие «профессии». Поэтому Александр Максимов назвал клетку – прародительницу всех клеток крови – стволовой.
Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила лишь в 90-х годах прошлого века.
А в 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».
Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.
Эксперименты и исследования стволовых клеток в XX веке.
· 1981: эмбриональные клетки мыши получены из эмбриобласта (внутренней клеточной массы бластоцисты) учёными Мартином Эвансом, Мэттью Кауфманом и, независимо от них, Гэйл Р. Мартин. Введение в обиход термина «эмбриональная стволовая клетка» приписывается Гэйл Мартин.
· 1992: нейральные стволовые клетки получены in vitro. Разработаны протоколы их культивирования в виде нейросфер.
· 1992: Профессор Дэвид Харрис заморозил стволовые клетки пуповинной крови своего первенца.
· 1998: Джеймс Томсон и его сотрудники из Висконсинского университета в Мадисоне вывели первую линию человеческих ЭСК (эмбриональных стволовых клеток).
· 1999: журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК ипроекта «Геном человека».
Стволовые клетки
Стволовые клетки - это клетки, сохраняющие потенциал к развитию в разных направлениях. Из стволовой клетки могут возникнуть и кожная, и нервная клетки, и клетки крови. Считалось, что во взрослом организме стволовые клетки отсутствуют, что их существование ограничивается самым ранним периодом эмбрионального развития. Однако в 70-е годыА.Я. Фриденштейн с соавторами обнаружили эти клетки в мезенхиме (строме) “взрослого” костного мозга.
По принадлежности к строме их в дальнейшем стали называть стромальными стволовыми клетками. В 70-е годы были опубликованы работы, демонстрировавшие наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. В связи с этим принято разделять стволовые клетки на эмбриональные стволовые клетки - ЭСК (их выделяют из эмбрионов на стадии бластоцисты) и региональные стволовые клетки - РСК (их выделяют из органов взрослых особей или из органов эмбрионов более поздних стадий).Будучи мультипотентными, стволовые клетки составляют существенный восстановительный резерв в организме и способствуют замещению дефектов, возникающих в силу тех или иных обстоятельств.
Особое удивление биологов вызвало наличие стволовых клеток в центральной нервной системе. Они отвечают на различные поражения нервной ткани размножением (сами нервные клетки, как известно, утрачивают способность к размножению уже на стадии нейробласта) и дифференцировкой в нервные и глиальные клетки. Полагают, что изолированные нейральные РСК способны превращаться и в другие производные.Способность стволовых клеток (как РСК, так и ЭСК) трансформироваться в разных направлениях делает их весьма удобной модельной системой для изучения молекулярно-генетических событий, обусловливающих дифференцировку клеток в разных направлениях. Действительно, стволовые клетки можно изолировать, так сказать, в чистом виде и затем анализировать функции генных сетей на последовательных этапах их дифференциального развития.Оказалось, в частности, что время последовательного включения генов, контролирующих развитие, совпадает в постимплантационных зародышах и в культуре эмбриоидных тел, образованных ЭСК. Следовательно, стволовые клетки могут служить удобной экспериментальной моделью для уточнения молекулярно - генетических процессов, сопровождающих клеточную специализацию.
Анализ культур стволовых клеток с помощью молекулярно-генетического метода продемонстрировал, что в одном клоне стволовых клеток синтезируется по крайней мере 1200 матричных РНК.
В случае дифференцировки в составе целостного эмбриона, в мезенхимных стволовых клетках взрослой гематогенной ткани содержится практически весь набор матричных РНК, которые функционируют в зародышевых листках и на стадии органогенеза. Идентифицированы также матричные РНК ключевых генов, регулирующих созревание клеток мезенхимального и мезодермального происхождения, а также энто- и эктодермы. Большинство матричных РНК HOX-генов присутствует уже в яйцеклетке и презумптивных зародышевых клетках.
Следовательно, в стволовых клетках проявляется общий принцип онтогенеза - функция генов с “опережением”, т.е. синтез тех матричных РНК, которые будут “нужны” (будут “работать”) на стадиях развития, порою значительно более поздних.
Классификация
Стволовые клетки можно разделить на три основные группы в зависимости от источника их получения: эмбриональные, фетальные и постнатальные (стволовые клетки взрослого организма).
Фетальные стволовые клетки
Фетальные стволовые клетки получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9—12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, на Украине и вВеликобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, британская компания ReNeuron исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта. Эти клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, во-первых, может пройти только ограниченное число делений, и, во-вторых, дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Так, из клеток фетальной печени могут развиться специализированные клетки печени и кроветворные клетки. Из фетальной нервной ткани, соответственно, развиваются более специализированные нервные клетки.
Кровь жизни
При помощи стволовых клеток, взятых из крови плаценты возможно лечение лейкемии. Этот новый метод позволяет спасти детей, которым невозможно подобрать донора для пересадки костного мозга. Парень родился со смертельным заболеванием крови. В 5 лет ему провели курс лечения. Метод лечения стволовыми клетками, взятыми из крови плаценты, был применен впервые на нем. Ребенок остался жить.Северная Каролина. Госпиталь. Здесь находятся дети, которым районные врачи не в силах помочь. Болезнь заставила их приехать сюда со всего света. Здесь могут помочь некоторым из этих детей. Однако, некоторые
из этих детей умрут. Мальчика зовут Макс. Ему было 5 лет, когда у него на теле появились страшные синяки. До этого он был здоровым ребенком. Сделали анализ крови. Это был гром среди ясного неба. Шансов на то, что лечение, которое ему проводят, поможет всего лишь 10 из 100. У него очень агрессивная форма лейкемии. Максу очень плохо. В мире тысячи детей страдает от болезней крови. Единственный способ их спасти удалить всю больную кровь и ввести новую, создать новую кровь.Плацентарная кровь полна стволовых клеток, а это – ключ к жизни. Стволовые клетки продуцируют всю систему крови. Эти клетки работают всю нашу жизнь. Но когда кровеносная система больна стволовые клетки заменяют на здоровые.Стволовые клетки находятся и в костном мозге, который также используется для лечения заболеваний крови. Это проверенный метод лечения. Но для большинства детей не могут найти донора костного мозга. Если произойдет отторжение, то это – смерть. Идеальный подбор – среди близких родственников. Но даже костный мозг близких родственников может не подойти! Во всемирном списке доноров насчитывается 7 млн. имен. В 1/3 случаев подбор не помог. Ученые ищут альтернативу костному мозгу. Долгое время кровь из плаценты выбрасывалась. В момент родов стволовые клетки младенца продвигаются в костный мозг. Но пуповина содержит очень мало крови. Считалось, что количество стволовых клеток в крови из пуповины не достаточно для лечения заболеваний крови. Однако, в середине 80-х годов прошлого века группа ученых решила опровергнуть это мнение. Они считали, что кровь из пуповины – новый источник стволовых клеток. Требуется не меньше 1 л костного мозга, а из пуповины набирается полчашки крови. Почти никто не верил, что что-то получится. Стали считать клетки. Результат был неожиданным. Оказалось, что в единице объема плацентарной крови больше стволовых клеток, чем в таком же объеме костного мозга. Для взрослого этого количества не достаточно, но ребенку, скорее всего, хватит. Очень долго искали ребенка для опробования этого метода лечения. Родители не соглашалисьиспользовать своего малыша, в качестве подопытного. У мальчика была очень редкая болезнь, анемия Фанкони . Она может перейти в лейкемию. Мэтью заболел, когда ему было 2 года. Врачи знали, что он проживет не более 5 лет. Искали донора. Мэтью старались побаловать, зная, что он скоро умрет. Врачи сказали родителям мальчика, что если у них родится ребенок, то, скорее всего, он сможет быть идеальным донором для их сына. Мать Мютью забеременела. Однако, для того, чтобы взять у маленького ребенка костный мозг требовалось, чтобы она подросла, и ей исполнился хотя бы год. Но Мэтью мог и не дожить до этого времени! Врачи решили провести лечение раньше, чем его сестра подрастет. Спросили разрешение у Мутью, и он согласился. 25 февраля 1988 года родилась сестра Мэтью. Из пуповины извлекли кровь и заморозили. Мэтью решили отвезти в клинику Парижа, в которой лучше всего лечили анемию Фанкони. Родители взяли с собой видеокамеру и сняли на видео все, что происходило во время лечения их сына. Сначала химическими препаратами уничтожили все стволовые клетки Мэтью, и только после этого была введена кровь сестры. Теперь оставалось только ждать. Число белых кровяных клеток должно расти. Эти клетки защищают от инфекций. Через 18 дней после введения плацентарная кровь
заработала. Через 6 месяцев Мэтью Фарроу отпустили домой. Он больше не болел. Кровь из пуповины его сестры спасла его от смерти. Теперь у мальчика сформировалась кровь, как у сестры. Так была найдена альтернатива костному мозгу. Ребенок в утробе матери защищен. Его иммунитет не развит, потому не агрессивен. А значит меньше шансов, что произойдет отторжение крови. Таким образом, донора можно не искать, не надо генетического соответствия. Однако, не смотря на успех этой операции, многие врачи не торопятся лечить стволовыми клетками. Конечно, нашлись и сторонники лечения стволовыми клетками. Многие госпитали по всему миру стали собирать плацентарную кровь.Парень по имени Лайдел тоже получил курс лечения плацентарной кровью. Кровь должна прижиться, это длиться около 10 недель. Кровь создается заново. Мальчик будет находится в стерильном боксе, так как подвержен инфекциям в течение этого периода. Не точно подобранный костный мозг, хуже, чем плацентарная кровь. Но не все врачи с этим согласны. Однако, из крупных костей можно получить больше стволовых клеток.Женщине 32 года . У нее лейкемия. 4,5 млн. образцов костного мозга в базе, но нет ни одного подходящего для нее. Плацентарная кровь не подходит, так как такого количества слишком мало. Смешивание от нескольких детей, не поможет, потому, что в таком случае происходит отторжение.Путь один – искусственное выращивание стволовых клеток. Вводят факторы роста в плацентарную кровь. И вот ей ввели экспериментальную кровь. Это единственный шанс на удачу.Принятие новых клеток – начало новой жизни. После введения трансплантата, врачи следили за процессом создания новой крови. Но, прошло несколько недель, она умерла. У нее был чрезвычайно ослабленный иммунитет. Только два пациента из группы, которым вводили такую кровь, выжили. Как можно больше доноров костного мозга – это способ борьбы с лейкемией. Лечение плацентарной кровью еще не очень распространено. Но тысячи детей, которые выжили, получали такое лечение. Фирмы специализирующиеся на хранении пуповин новорожденных детей, являются источником стволовых клеток. Здесь к пуповине относятся, как к сокровищу. Сохранившиеся стволовые клетки обладают мощным потенциалом. Возможно, клетки из пуповины помогут излечить в будущем этого ребенка от болезней. Лейкемия, анемия. 3000 клиентов в этом банке пуповин.
Заключение
Cтволовые клетки — это основной "строительный материал" для всех видов тканей живого организма. При определённых условиях эти клетки могут преобразовываться в любой вид ткани. Это касается, в первую очередь, эмбриональных клеток, хотя и взрослые стволовые клетки могут иметь те же или подобные свойства.Как уже отмечалось, дифференцировка самых разных стволовых клеток происходит по тем же законам, что были сформулированы для клеточной дифференцировки вообще. И в этом, кстати, заключается ценность стволовых клеток как модельной экспериментальной системы. С выходом клетки, в том числе и стволовой, в дифференцировку утрачивается ее способность к делению, по крайней мере на стадии терминальной дифференцировки и прилежащих к ней стадиях. Исследование поведения стволовых клеток не поколебало представлений о стабильности и необратимости клеточной дифференцировки. Тезис, что стволовая клетка способна к разного рода трансформациям никак не нарушает это правило, а лишь демонстрирует лишний раз, что ранним эмбриональным клеткам свойственна мультипотентность. На стадии терминальной дифференцировки клетка обретает стабильное состояние и становится неспособной к разного рода превращениям. Описываемые некоторыми авторами случаи такого рода относятся либо к давно известному феномену трансдетерминации, либо к артефактам.Таким образом, в разделе биологии, посвященном изучению регенеративных процессов, сделан большой шаг вперед. На этом пути предстоит сделать еще очень много для того, чтобы познать тонкие механизмы поведения стволовых клеток и найти возможности использования наших знаний в клинической практике.Уже сегодня ученые умеют направлять стволовые клетки "по нужному пути". Достижения в этой области клеточной медицины делают возможности терапевтического использования стволовых клеток практически безграничными.Исследования продолжаются. Стволовые клетки находятся в центре внимания ученых и не только. Сотни млн. долларов тратятся на их изучение. Грядет революция в медицине!
Литература
1. Костный мозг Материалы предоставлены проектом Рубрикон.
2. Стволовые клетки Источник http://elementy.ru/index.html
3. Что такое стволовые клетки? Источник http://www.stvolkletki.ru/whatis/
4. Лицензированные Росздравнадзором организации
Источник http://stem-cells.ru/index.html
5. Стволовые клетки Материалы предоставлены проектом Рубрикон.
6. Плоды просвещения. "Кровь жизни" Документальный фильм (Великобритания, 2001).
7. Плоды просвещения. "Регенерация"Документальный фильм (Франция, 2003). Режиссер Жан-Мари Корнуэль.
8. Обнаружен ген, заставляющий стволовую клетку расти вечно 30.05.2003 Источник: University of Edinburgh
Содержание
1. Введение…………………………………………………………………………...3
2. Историческая справка…………………………………………………………….5
3. Стволовые клетки…………………………………………………………………7
4. Классификация…………………………………………………………………….8
4.1 Эмбриональные стволовые клетки………………………………………….8
4.2 Фетальные стволовые клетки………………………………………………...10
4.4Постнатальные стволовые клетки…………………………………………...11
4.4 Гемопоэтические стволовые клетки………………………………………....11
4.5 Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки………………....12
4.6 Тканеспецифичные прогениторные клетки………………………………....14
5. Способы получения стволовых клеток…………………………………………...14
6. Кровь жизни………………………………………………………………………..15
7. Заключение………………………………………………………………………...19
8. Литература…………………………………………………………………………20
Введение
"Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки", - считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин.Хотя термин "стволовая клетка" был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века.
В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.
Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции.Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать "запчастями" для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы - стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека
Некоторые клетки плода и взрослого организма сохраняют способность давать начало специализированным клеткам различного типа.Раздел регенеративной клеточной медицины, сулящий людям излечение от многих тяжелых болезней - это изучение стволовых клеток.
Стволовые клетки - клетки, входящие в состав постоянно обновляющихся тканей животных и способные развиваться в различных направлениях, в пределах тканевой дифференцировки. Стволовые клетки делятся на эмбриональные и соматические, т.е. клетки взрослого организма. Эмбриональные выделяются из эмбриона на ранней стадии развития.
2. Историческая справка
В 1908 году гистолог, профессор военно-медицинской академии в Санкт-Петербурге Александр Максимов (1874-1928) исследовал развитие клеток крови. Исследования привели к стройной теории.
В так называемом красном костном мозге живут специальные клетки, единственное занятие которых – делиться. После каждого деления получается две клетки, одна из них выбирает карьеру кровяной, а другая подрастает и снова делится. Делящиеся клетки как бы образуют «ствол», от которого в каждом цикле вбок отходят «веточки» – клетки, приобретающие «профессии». Поэтому Александр Максимов назвал клетку – прародительницу всех клеток крови – стволовой.
Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила лишь в 90-х годах прошлого века.
А в 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».
Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.
Эксперименты и исследования стволовых клеток в XX веке.
· 1981: эмбриональные клетки мыши получены из эмбриобласта (внутренней клеточной массы бластоцисты) учёными Мартином Эвансом, Мэттью Кауфманом и, независимо от них, Гэйл Р. Мартин. Введение в обиход термина «эмбриональная стволовая клетка» приписывается Гэйл Мартин.
· 1992: нейральные стволовые клетки получены in vitro. Разработаны протоколы их культивирования в виде нейросфер.
· 1992: Профессор Дэвид Харрис заморозил стволовые клетки пуповинной крови своего первенца.
· 1998: Джеймс Томсон и его сотрудники из Висконсинского университета в Мадисоне вывели первую линию человеческих ЭСК (эмбриональных стволовых клеток).
· 1999: журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК ипроекта «Геном человека».
Стволовые клетки
Стволовые клетки - это клетки, сохраняющие потенциал к развитию в разных направлениях. Из стволовой клетки могут возникнуть и кожная, и нервная клетки, и клетки крови. Считалось, что во взрослом организме стволовые клетки отсутствуют, что их существование ограничивается самым ранним периодом эмбрионального развития. Однако в 70-е годыА.Я. Фриденштейн с соавторами обнаружили эти клетки в мезенхиме (строме) “взрослого” костного мозга.
По принадлежности к строме их в дальнейшем стали называть стромальными стволовыми клетками. В 70-е годы были опубликованы работы, демонстрировавшие наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. В связи с этим принято разделять стволовые клетки на эмбриональные стволовые клетки - ЭСК (их выделяют из эмбрионов на стадии бластоцисты) и региональные стволовые клетки - РСК (их выделяют из органов взрослых особей или из органов эмбрионов более поздних стадий).Будучи мультипотентными, стволовые клетки составляют существенный восстановительный резерв в организме и способствуют замещению дефектов, возникающих в силу тех или иных обстоятельств.
Особое удивление биологов вызвало наличие стволовых клеток в центральной нервной системе. Они отвечают на различные поражения нервной ткани размножением (сами нервные клетки, как известно, утрачивают способность к размножению уже на стадии нейробласта) и дифференцировкой в нервные и глиальные клетки. Полагают, что изолированные нейральные РСК способны превращаться и в другие производные.Способность стволовых клеток (как РСК, так и ЭСК) трансформироваться в разных направлениях делает их весьма удобной модельной системой для изучения молекулярно-генетических событий, обусловливающих дифференцировку клеток в разных направлениях. Действительно, стволовые клетки можно изолировать, так сказать, в чистом виде и затем анализировать функции генных сетей на последовательных этапах их дифференциального развития.Оказалось, в частности, что время последовательного включения генов, контролирующих развитие, совпадает в постимплантационных зародышах и в культуре эмбриоидных тел, образованных ЭСК. Следовательно, стволовые клетки могут служить удобной экспериментальной моделью для уточнения молекулярно - генетических процессов, сопровождающих клеточную специализацию.
Анализ культур стволовых клеток с помощью молекулярно-генетического метода продемонстрировал, что в одном клоне стволовых клеток синтезируется по крайней мере 1200 матричных РНК.
В случае дифференцировки в составе целостного эмбриона, в мезенхимных стволовых клетках взрослой гематогенной ткани содержится практически весь набор матричных РНК, которые функционируют в зародышевых листках и на стадии органогенеза. Идентифицированы также матричные РНК ключевых генов, регулирующих созревание клеток мезенхимального и мезодермального происхождения, а также энто- и эктодермы. Большинство матричных РНК HOX-генов присутствует уже в яйцеклетке и презумптивных зародышевых клетках.
Следовательно, в стволовых клетках проявляется общий принцип онтогенеза - функция генов с “опережением”, т.е. синтез тех матричных РНК, которые будут “нужны” (будут “работать”) на стадиях развития, порою значительно более поздних.
Классификация
Стволовые клетки можно разделить на три основные группы в зависимости от источника их получения: эмбриональные, фетальные и постнатальные (стволовые клетки взрослого организма).
Эмбриональные стволовые клетки
Миллиарды клеток растущего организма (человека или животного) происходят всего-навсего из одной клетки (зиготы), которая образуется в результате слияния мужской и женской гамет. ДНК, содержащаяся в этой клетке, будет воспроизведена во всех клетках взрослого организма. Эта единственная клетка содержит не только информацию об организме, но и схему ее последовательного развития. В ходе эмбриогенеза оплодотворенная яйцеклетка делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), геном которых находится в «нулевой точке»; механизмы, определяющие специализацию, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки. По мере созревания особи в клеточной ДНК происходят изменения, это так называемая тканевая дифференцировка, иными словами клетки приобретают специализацию. Дифференцировка — превращение первоначально одинаковых клеток в специализированные (кровяные клетки, нейроны, мышечные клетки). Например, в каждой клетке тела находятся гены, ответственные за выработку инсулина, однако инсулин синтезируют только клетки поджелудочной железы. В остальных клетках организма (например, клетках кожи, нервных клетках головного мозга) ген инсулина отключен. То же самое происходит во всех клетках организма при развитии человека, специализированные клетки возникают вследствие отключения всех за небольшим исключением генов клеточной ДНК, и специализация определяется участками ДНК, которые остались включенными. После того как «щелкнет выключатель», судьба клеток определена навечно — мышечные клетки при делении будут производить только мышечные клетки, кожные клетки — только клетки кожи и т. д. Такая особенность развития имеет грандиозные последствия для здоровья человека: мышечные клетки, погибшие при сердечном приступе, не могут быть замещены другими клетками; ничем нельзя заменить и клетки мозга, синтезирующие допамин, если они будут уничтожены болезнью Паркинсона; перерезанные клетки спинного мозга также не восстанавливаются. Очень многие людские страдания вызваны, неспособностью организма замещать специализированные клетки.Ученые могут использовать технологии стволовых клеток совместно с технологиями клонирования для того, чтобы выделять ДНК из клетки взрослого организма, помещать ее в яйцеклетку человека и получать при этом эмбриональные стволовые клетки, содержащие ДНК взрослой особи. Это позволит выращивать
органы для замены ими поврежденных органов, не беспокоясь об отторжении имплантированной ткани организмом-реципиентом.Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) применялись на практике при лечении многих заболеваний, но сейчас весь мир переходит на использование соматических стволовых клеток, клеток взрослого организма.
Фетальные стволовые клетки
Фетальные стволовые клетки получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9—12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, на Украине и вВеликобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, британская компания ReNeuron исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта. Эти клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, во-первых, может пройти только ограниченное число делений, и, во-вторых, дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Так, из клеток фетальной печени могут развиться специализированные клетки печени и кроветворные клетки. Из фетальной нервной ткани, соответственно, развиваются более специализированные нервные клетки.