Що таке стовбурові клітини і чим вони займаються?
Клітини в організмі мають конкретні цілі, але стовбурові клітини - це клітини, які ще не виконують певної ролі і можуть стати майже будь-якою клітиною, яка потрібна.
Стовбурові клітини - це недиференційовані клітини, які можуть перетворюватися на конкретні клітини, оскільки тіло їх потребує.
Вчені та лікарі цікавляться стовбуровими клітинами, оскільки вони допомагають пояснити, як працюють деякі функції організму, і як вони іноді помиляються.
Стовбурові клітини також обіцяють лікувати деякі хвороби, які в даний час не мають лікування.
Джерела стовбурових клітин
Стовбурові клітини походять з двох основних джерел: тканин дорослого організму та ембріонів. Вчені також працюють над способами розвитку стовбурових клітин з інших клітин, використовуючи генетичні методи "перепрограмування".
Дорослі стовбурові клітини
Стовбурові клітини можуть перетворитися на клітини будь-якого типу, перш ніж вони стануть диференційованими.
Тіло людини містить стовбурові клітини протягом усього життя. Організм може використовувати ці стовбурові клітини, коли йому це потрібно.
Також звані тканиноспецифічними або соматичними стовбуровими клітинами, дорослі стовбурові клітини існують у всьому тілі з моменту розвитку ембріона.
Клітини знаходяться в неспецифічному стані, але вони більш спеціалізовані, ніж ембріональні стовбурові клітини. Вони залишаються в такому стані, поки тілу вони не потрібні для певної мети, скажімо, як клітини шкіри або м’язів.
Щоденне життя означає, що організм постійно оновлює свої тканини. У деяких частинах тіла, таких як кишечник і кістковий мозок, стовбурові клітини регулярно діляться, виробляючи нові тканини організму для обслуговування та відновлення.
Стовбурові клітини присутні всередині різних типів тканини. Вчені виявили стовбурові клітини в тканинах, серед яких:
- мозок
- кістковий мозок
- кров та судини
- скелетні м’язи
- шкіри
- печінку
Однак стовбурові клітини важко знайти. Вони можуть залишатися неділими та неспецифічними протягом багатьох років, поки тіло не покличе їх відновити або виростити нову тканину.
Дорослі стовбурові клітини можуть ділитися або самостійно відновлюватися необмежено довго. Це означає, що вони можуть генерувати різні типи клітин з органу, що походить, або навіть повністю регенерувати початковий орган.
Цей поділ і регенерація - це спосіб загоєння шкірної рани або як такий орган, як печінка, наприклад, може відновити себе після пошкодження.
Раніше вчені вважали, що дорослі стовбурові клітини можуть диференціюватись лише залежно від тканини їх походження. Однак деякі дані в даний час свідчать про те, що вони можуть диференціюватися, перетворюючись на інші типи клітин.
Ембріональні стовбурові клітини
З самого раннього терміну вагітності, після того як сперма запліднює яйцеклітину, утворюється зародок.
Приблизно через 3-5 днів після того, як сперма запліднює яйцеклітину, ембріон набуває форми бластоцисти або кульки клітин.
Бластоциста містить стовбурові клітини і згодом імплантується в утробі матері. Ембріональні стовбурові клітини походять від бластоцисти віком 4–5 днів.
Коли вчені беруть стовбурові клітини з ембріонів, це, як правило, зайві ембріони, які є результатом запліднення in vitro (ЕКО).
У клініках ЕКО лікарі запліднюють кілька яйцеклітин у пробірці, щоб пережити щонайменше одне. Потім вони імплантують обмежену кількість яйцеклітин для початку вагітності.
Коли сперма запліднює яйцеклітину, ці клітини об’єднуються, утворюючи єдину клітину, яка називається зигота.
Потім ця одноклітинна зигота починає ділитися, утворюючи 2, 4, 8, 16 клітин тощо. Зараз це ембріон.
Незабаром, і до імплантації ембріона в матку, ця маса близько 150–200 клітин є бластоцистою. Бластоциста складається з двох частин:
- зовнішня клітинна маса, яка стає частиною плаценти
- внутрішня клітинна маса, яка розвиватиметься в організмі людини
Внутрішня клітинна маса є місцем знаходження ембріональних стовбурових клітин. Вчені називають ці тотипотентні клітини. Термін тотипотентний стосується того факту, що вони мають загальний потенціал перерости в будь-яку клітину організму.
При правильній стимуляції клітини можуть стати клітинами крові, клітинами шкіри та всіма іншими типами клітин, які потрібні організму.
На ранніх термінах вагітності стадія бластоцисти триває приблизно 5 днів до імплантації ембріона в матку або матку. На цій стадії стовбурові клітини починають диференціюватися.
Ембріональні стовбурові клітини можуть диференціюватися на більше типів клітин, ніж дорослі стовбурові клітини.
Мезенхімальні стовбурові клітини (МСК)
МСК походять із сполучної тканини або строми, яка оточує органи тіла та інші тканини.
Вчені використовували MSC для створення нових тканин організму, таких як кістки, хрящі та жирові клітини. Колись вони можуть зіграти свою роль у вирішенні широкого кола проблем зі здоров’ям.
Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPS)
Вчені створюють їх у лабораторії, використовуючи клітини шкіри та інші клітини, специфічні для тканини. Ці клітини поводяться подібно до ембріональних стовбурових клітин, тому вони можуть бути корисними для розробки ряду методів лікування.
Однак необхідні додаткові дослідження та розробки.
Для вирощування стовбурових клітин вчені спочатку витягують зразки з тканини дорослої людини або зародка. Потім вони поміщають ці клітини в контрольовану культуру, де вони будуть ділитися і розмножуватися, але не спеціалізуватися далі.
Стовбурові клітини, які діляться і розмножуються в контрольованій культурі, називаються лінією стовбурових клітин.
Дослідники керують лініями стовбурових клітин та діляться ними для різних цілей. Вони можуть стимулювати стовбурові клітини спеціалізуватися певним чином. Цей процес відомий як спрямована диференціація.
Дотепер було простіше вирощувати велику кількість ембріональних стовбурових клітин, ніж дорослих стовбурових клітин. Однак вчені досягають успіху в обох типах клітин.
Види стовбурових клітин
Дослідники класифікують стовбурові клітини відповідно до їх можливостей диференціюватись на інші типи клітин.
Ембріональні стовбурові клітини є найпотужнішими, оскільки їх завдання полягає в тому, щоб стати всіма типами клітин в організмі.
Повна класифікація включає:
Тотипотентні: ці стовбурові клітини можуть диференціюватися на всі можливі типи клітин. Перші кілька клітин, які з’являються, коли зигота починає ділитися, є тотипотентними.
Плюрипотентні: ці клітини можуть перетворюватися майже в будь-які клітини. Клітини раннього зародка плюрипотентні.
Мультипотентні: ці клітини можуть диференціюватися у тісно пов’язане сімейство клітин. Наприклад, дорослі гемопоетичні стовбурові клітини можуть стати еритроцитами або тромбоцитами.
Олігопотентні: вони можуть диференціюватися на кілька різних типів клітин. Це можуть зробити дорослі лімфоїдні або мієлоїдні стовбурові клітини.
Уніпотентні: вони можуть виробляти лише клітини одного виду, що є їх власним типом. Однак вони все ще є стовбуровими клітинами, оскільки вони можуть поновлюватися. Прикладом є стовбурові клітини дорослих м’язів.
Ембріональні стовбурові клітини вважаються плюрипотентними замість тотипотентними, оскільки вони не можуть стати частиною позазародкових мембран або плаценти.
Використовує
Самі стовбурові клітини не служать жодній цілі, але вони важливі з кількох причин.
По-перше, при правильній стимуляції багато стовбурових клітин можуть взяти на себе роль будь-якого типу клітин, і вони можуть регенерувати пошкоджену тканину за належних умов.
Цей потенціал може врятувати життя або відновити рани та пошкодження тканин у людей після хвороби або травми. Вчені бачать багато можливих застосувань стовбурових клітин.
Регенерація тканин
Регенерація тканин - це, мабуть, найважливіше використання стовбурових клітин.
До цього часу людині, яка потребувала нової нирки, наприклад, довелося чекати донора, а потім пройти трансплантацію.
Існує дефіцит донорських органів, але, даючи вказівки стовбуровим клітинам диференціюватися певним чином, вчені можуть використовувати їх для вирощування певного типу тканини або органу.
Як приклад, лікарі вже використовували стовбурові клітини безпосередньо під поверхнею шкіри для створення нової шкірної тканини. Потім вони можуть відновити сильний опік або іншу травму, прищепивши цю тканину до пошкодженої шкіри, і нова шкіра відросте.
Лікування серцево-судинних захворювань
У 2013 році група дослідників із Массачусетської загальної лікарні повідомила в PNAS Early Edition що вони створили судини у лабораторних мишей, використовуючи стовбурові клітини людини.
Протягом 2 тижнів після імплантації стовбурових клітин утворилися мережі кровопроливних судин. Якість цих нових кровоносних судин було настільки ж добрим, як і сусідніх природних.
Автори сподівались, що цей тип методики може врешті допомогти лікувати людей із серцево-судинними та судинними захворюваннями.
Лікування хвороб мозку
Одного разу лікарі зможуть використовувати клітини та тканини, що замінюють, для лікування захворювань мозку, таких як хвороба Паркінсона та Альцгеймера.
Наприклад, у Паркінсона пошкодження клітин мозку призводить до неконтрольованих рухів м’язів. Вчені могли використовувати стовбурові клітини для заповнення пошкодженої мозкової тканини. Це може повернути спеціалізовані клітини мозку, які зупиняють неконтрольовані рухи м’язів.
Дослідники вже намагалися диференціювати ембріональні стовбурові клітини на такі типи клітин, тому лікування є перспективним.
Терапія клітинної недостатності
Вчені сподіваються, що одного разу зможуть створити здорові клітини серця в лабораторії, які вони зможуть пересадити людям із серцевими захворюваннями.
Ці нові клітини можуть відновити пошкодження серця, повторно заселивши серце здоровою тканиною.
Подібним чином люди з діабетом I типу можуть отримувати клітини підшлункової залози, щоб замінити клітини, що виробляють інсулін, які їх власна імунна система втратила або знищила.
Єдиною поточною терапією є трансплантація підшлункової залози, і дуже мало підшлункової залози доступно для трансплантації.
Лікування хвороб крові
Зараз лікарі регулярно використовують дорослі гемопоетичні стовбурові клітини для лікування таких захворювань, як лейкемія, серповидноклітинна анемія та інші проблеми імунодефіциту.
Кровотворні стовбурові клітини трапляються в крові та кістковому мозку і можуть виробляти всі типи клітин крові, включаючи еритроцити, які несуть кисень та білі кров'яні клітини, які борються із захворюваннями.
Пожертвування або збирання стовбурових клітин
Люди можуть дарувати стовбурові клітини на допомогу коханій людині або, можливо, для власного використання в майбутньому.
Пожертви можуть надходити з таких джерел:
Кістковий мозок: ці клітини беруть під загальним наркозом, як правило, з тазостегнової та тазової кісток. Потім техніки ізолюють стовбурові клітини з кісткового мозку для зберігання або донорства.
Периферичні стовбурові клітини: людина отримує кілька ін’єкцій, які змушують кістковий мозок виділяти стовбурові клітини в кров. Далі кров видаляється з організму, машина відокремлює стовбурові клітини, і лікарі повертають кров в організм.
Пуповинна кров: стовбурові клітини можна забрати з пуповини після пологів, не завдаючи шкоди дитині. Деякі люди здають пуповинну кров, а інші зберігають її.
Цей збір стовбурових клітин може бути дорогим, але переваги для майбутніх потреб включають:
- стовбурові клітини легкодоступні
- менша ймовірність відторгнення трансплантованої тканини, якщо вона надходить із власного тіла реципієнта
Дослідження та наукові відкриття
Стовбурові клітини корисні не тільки як потенційна терапія, але і для дослідницьких цілей.
Наприклад, вчені виявили, що вмикання або вимикання певного гена може спричинити його диференціацію. Знання цього допомагає їм дослідити, які гени та мутації спричиняють які наслідки.
Озброївшись цими знаннями, вони можуть виявити, що викликає широкий спектр захворювань та станів, деякі з яких ще не мають ліків.
Аномальний поділ і диференціація клітин відповідають за умови, які включають рак та вроджені вади, що виникають з народження. Знання того, що змушує клітини ділитися неправильно, може призвести до лікування.
Стовбурові клітини також можуть допомогти у розробці нових препаратів. Замість тестування ліків на добровольцях людини, вчені можуть оцінити, як препарат впливає на нормальну, здорову тканину, протестуючи його на тканині, вирощеній із стовбурових клітин.
Відео: Що таке стовбурові клітини?
Перегляньте відео, щоб дізнатись більше про стовбурові клітини.
Суперечка
Існує певна суперечка щодо досліджень стовбурових клітин. В основному це стосується роботи над ембріональними стовбуровими клітинами.
Використання ембріонів для стовбурових клітин
Аргумент проти використання ембріональних стовбурових клітин полягає в тому, що він руйнує бластоцисту людини, а запліднене яйце не може перерости в людину.
У наш час дослідники шукають способи створення або використання стовбурових клітин, у яких не задіяні ембріони.
Змішування людей і тварин
Дослідження стовбурових клітин часто передбачає введення клітин людини тваринам, таким як миші або щури. Деякі люди стверджують, що це може створити організм, який є частиною людини.
У деяких країнах забороняється виробляти ембріональні лінії стовбурових клітин. У Сполучених Штатах вчені можуть створювати або працювати з ембріональними лініями стовбурових клітин, але незаконним є використання федеральних фондів для дослідження ліній стовбурових клітин, створених після серпня 2001 року.
Терапія стовбуровими клітинами та регулювання FDA
Деякі люди вже пропонують «терапію стовбуровими клітинами» для цілого ряду цілей, таких як лікування старіння.
Однак більшість із цих видів використання не мають дозволу Управління з контролю за продуктами та ліками США (FDA). Деякі з них можуть бути незаконними, а інші - небезпечними.
Кожен, хто розглядає можливість лікування стовбуровими клітинами, повинен перевірити у постачальника або у FDA, чи продукт має схвалення, і чи був він виготовлений таким чином, щоб він відповідав стандартам FDA щодо безпеки та ефективності.
