копия. Описание, свойства и типы стволовых клеток Глава 2 История открытия стволовых клеток
 Скачать 50.31 Kb.
|
|
Содержание Глава1 Описание, свойства и типы стволовых клеток………………...3 Глава 2 История открытия стволовых клеток…………………………..6 Глава 3 Применение клеточных технологий в клинике………………10 Заключение……………………………………………………………….13 Список использованной литературы……………………………...……14 Глава1 Описание, свойства и типы стволовых клеток. Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. Большая часть стволовых клеток взрослого организма находится в костном мозге. Стволовые клетки можно выделять и растить в культуре ткани. Способность давать множество разнообразных клеточных типов делает стволовые клетки важнейшим восстановительным резервом в организме, который используется для замещения дефектов, возникающих в силу тех или иных обстоятельств. Стволовые клетки способны превращаться в клетки всех типов тканей: клетки крови, внутренних органов, мышечных и костных тканей, кожного покрова, нейроны и др. На ранних стадиях своего развития организм человека практически полностью состоит из стволовых клеток, которые постепенно приобретают специализацию, то есть из них образуются органы и ткани организма. Таким образом, стволовые клетки являются строительным материалом организма. Из-за способности к преобразованию в клетки любых органов и тканей стволовые клетки играют роль «скорой помощи»: если где-то в организме неполадка, то они, по кровяному руслу устремляются к пораженному органу. Стволовые клетки могут восстановить практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки (костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные) и стимулируя внутренние резервы организма к регенерации (восстановлению) органа или ткани. Найдено решение, которое позволит справиться со многими этическими и техническим проблемами, связанными со стволовыми клетками: двум группам ученых удалось трансформировать клиентки кожи в стволовые клетки без создания или уничтожения зародыша. Шина Яманака, руководитель одной из групп ученых Киотского Университета сообщает в своем электронном интервью, что они теперь способны "создавать стволовые клетки, совместимые с пациентом и типом его болезни без использования человеческих зародышей". Предварительные тесты показали, что новые клетки могут генерировать нервные, сердечные и другие типы тканей организма. Ранее такая полипотенция (способность трансформироваться) считалась свойственной только стволовым клеткам, взятым у эмбрионов на ранней стадии развития, и они использовались учеными для генетических опытов, испытания наркотических веществ и трансплантации. Отношение к такого рода экспериментам всегда было неоднозначным: чтобы добыть клетки, необходимо было уничтожить зародыш человека. Также они принимают непосредственное участие в регенеративных процессах организма и могут замедлять процесс старения. Но, к сожалению, c возрастом количество стволовых клеток уменьшается и регенеративные возможности организма снижаются. Типы стволовых клеток. Самыми первыми стволовыми клетками (СК) , видимо, следует считать те, что получаются при первых нескольких делениях оплодотворенной яйцеклетки – из каждой может развиться самостоятельный организм (так, например, получаются однояйцевые близнецы). Через несколько дней эмбрионального развития, на стадии бластоцисты, из ее внутренней клеточной массы можно выделить ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ (ЭСК). Путем определенных манипуляций (достаточно сложных) из них может быть получена бессмертная линия – т.е. клетки могут неограниченно и довольно быстро делиться, не изменяя своих свойств. И из этих клеток при определенных условиях может быть получена любая специализированная клетка взрослого организма. Впервые такая бессмертная линия человеческих ЭСК была получена в 1998 году, и именно это Science признал одним из великих открытий. Выделение бессмертной линии ЭСК – процедура, требующая современного оборудования и высокой квалификации, поэтому в России в настоящий момент такие линии есть только в немногих научных институтах. Кстати, именно об ЭСК и идут дебаты в США и Европе – насколько этично их применение, ведь для получения линии ЭСК приходится уничтожать человеческий эмбрион (пусть это всего лишь микроскопический шарик из 200 с небольшим клеток) – а с точки зрения христианской религии это равносильно убийству человека. С другой стороны, при помощи ЭСК в будущем могут быть облегчены страдания и спасены жизни многих людей. Стволовые клетки, полученные из абортированных плодов (фетусов) на 6-21 неделе, называются ФЕТАЛЬНЫМИ. Они не обладают вышеописанными свойствами ЭСК, полученных из бластоцисты, – то есть способностью к неограниченному размножению и дифференцировке в любой вид специализированных клеток. Эти фетальные 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 и т.д. При определенных условиях и под должным контролем выделение фетальных клеток разрешено в ряде стран, включая Россию. Еще более специализированными являются СК ПУПОВИННОЙ КРОВИ. Главным образом, это кроветворные (гемопоэтические) стволовые клетки. Во взрослом организме тоже присутствует несколько видов СК. Наиболее универсальными из них являются МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СК – они обнаружены в костном мозге, жировой ткани и в незначительных количествах в других тканях. Эти клетки могут давать начало разнообразным клеткам костной, хрящевой, мышечной и, возможно, некоторых других тканей. Там же присутствуют ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ (кроветворные) СК, из которых образуются все клетки крови, они находятся в больших количествах в костном мозге, а также присутствуют в периферической крови. По некоторым данным, гемопоэтические СК также могут дифференцироваться в клетки других тканей, например, мышечной. И, наконец, во всех органах присутствуют РЕГИОНАЛЬНЫЕ СК – как правило, это уже достаточно дифференцированные клетки и они могут дать начало только нескольким разновидностям клеток, из которых состоят ткани данного органа. Общей закономерностью является то, что если клетка вышла на этап дифференцировки (начала специализироваться), то количество делений, которое она может пройти, ограничено. Так, например, для фибробласта лимит делений составляет 50 делений, для стволовой клетки крови – 100. Глава 2. История открытия стволовых клеток. Первое предположение о существовании стволовых клеток было высказано именно русским ученым! Максимов Александр Александрович (04.02.1874 – 04.12.1928) – выдающийся русский ученый, один из создателей унитарной теории кроветворения. Максимов А. А. родился в Санкт-Петербурге, где в 1896 году с отличием окончил Военно-медицинскую академию. С 1903 по 1922 гг. А.А. Максимов занимал пост профессора кафедры гистологии Военно-медицинской академии. Максимов во многом предопределил направление развития мировой науки в области клеточной биологии. Его труды стали мировой научной классикой и до настоящего времени остаются одними из наиболее часто цитируемых среди работ отечественных исследователей. Термин "стволовая клетка" А.А. Максимов предложил еще в 1908 году, чтобы объяснить механизм быстрого самообновления клеток крови. Он выступил с новой теорией кроветворения в Берлине на съезде гематологов. Именно этот год можно по праву считать началом истории развития исследований стволовых клеток! Каждые сутки в крови погибают несколько миллиардов клеток, а им на смену приходят новые популяции эритроцитов, лейкоцитов и лимфоцитов. А.А. Максимов первый догадался, что обновление клеток крови — это особая технология, отличная от простых клеточных делений. Если бы клетки крови самообновлялись простым клеточным делением, это потребовало бы гигантских размеров костного мозга. Несколько позже профессор московского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи А.Я. Фриденштейн подтвердил предположение коллеги и, изучая возможности этих особых клеток, стал разрабатывать сферу их применения. Первые эксперименты по практическому использованию стволовых клеток были начаты еще в начале 1950-х годов. Именно тогда было доказано, что с помощью трансплантации костного мозга (основного источника стволовых клеток) можно спасти животных, получивших смертельную дозу радиоактивного облучения. Понадобилось почти 20 лет, чтобы трансплантация костного мозга вошла в арсенал практической медицины. Только в конце 60-х были получены убедительные данные о возможности применения трансплантации костного мозга при лечении острых лейкозов. В начале века ученые уже подозревали, что во многих тканях существуют клетки, способствующие регенерации (восстановлению) этих тканей и активизирующие деление обычных клеток. В 60-х годах советские ученые Александр Фриденштейн и Иосиф Чертков заложили основы науки о стволовых клетках костного мозга, доказав, что именно там главным образом и находится своеобразное депо замечательных клеток. Потом стало известно, что часть стволовых клеток мигрирует в крови, есть они и в различных тканях, в частности в кожной и жировой. 1970 год - Первые трансплантации аутологичных (своих собственных) стволовых клеток. Есть сведения, что в 70-х годах в бывшем СССР делали «прививки молодости» пожилым членам Политбюро КПСС, вводя им 2-3 раза в год препараты стволовых клеток. 1988 год - Стволовые клетки были впервые использованы для трансплантации; мальчик, которому была проведена операция, по сей день, жив и здоров. 1992 год - Первая именная коллекция стволовых клеток. Профессор Дэвид Харрис "на всякий случай" заморозил стволовые клетки пуповинной крови своего первенца. Сегодня Дэвид Харрис – директор крупнейшего в мире банка стволовых клеток пуповинной крови. 1996 год - За период с 1996 года по 2004 год были выполнены 392 трансплантации аутологичных (собственных стволовых клеток человека) стволовых клеток. Так в 1996 году преимущественно осуществлялась трансплантация костного мозга. 1996 год – Доказано, что облучение уничтожает раковые клетки, но убивает и только что пересаженные из костного мозга донора стволовые клетки. С начала 1996 года в РФ действует Закон "О радиоактивной безопасности населения". 1997 год - За предшествующие 10 лет в 45 медицинских центрах мира проведено 143 трансплантации пуповинной крови. В России проведена первая операция онкологическому больному по пересадке стволовых клеток из пуповинной крови младенцев. 1998 год - Первая в мире трансплантация "именных" стволовых клеток пуповинной крови девочке с нейробластомой (опухоль мозга). Биологическая страховка сработала – ребенок спасен. Общее число проведенных трансплантаций пуповинной крови превышает 600. В этом же году американскими учеными Джеймсом Томсоном и Джоном Беккером удалось выделить человеческие эмбриональные стволовые клетки и получить их первые линии. В 1998 г. ученые нашли способ выращивать стволовые клетки в питательной среде. В 1999 году между Санкт-Петербургским Государственным Медицинским Университетом имени академика И. П. Павлова и Европейским институтом поддержки и развития трансплантологии был заключен договор, согласно которому в Университете создается отделение трансплантации костного мозга, соответствующее всем международным требованиям. Открытие отделения произошло в июне 2000 года. Основная цель - выполнение трансплантации гемопоэтических стволовых клеток, в том числе и от неродственных доноров. 2000 год - В мире проведено 1.200 трансплантаций стволовых клеток пуповинной крови, из них двести родственных. Шестилетний ребенок с анемией Фанкони вылечен с помощью стволовых клеток пуповинной крови своего новорожденного брата. В этой истории интересно то, что второй ребенок был рожден после искусственного оплодотворения (ЭКО). Среди полученных эмбрионов был выбран один наиболее совместимый с реципиентом и не содержащий признаков болезни. 2001 год - Опубликованы первые официальные данные о возможности применения трансплантации стволовых клеток пуповинной крови у взрослых пациентов. Из них более 90% с хорошим результатом. В этом же году показана способность взрослых гемопоэтических и стромальных клеток костного мозга человека дифференцироваться в кардиомиоциты и гладкомышечные клетки, эта способность используется в регенеративной кардиологии. 2003 год - Журнал Национальной Академии Наук США (PNAS USA) опубликовал сообщение о том, что через 15 лет хранения в жидком азоте стволовые клетки пуповинной крови полностью сохраняют свои биологические свойства. С этого момента криогенное хранение стволовых клеток стало рассматриваться, как "биологическая страховка". Мировая коллекция стволовых клеток, хранящихся в банках, достигла 72.000 образцов. По данным на сентябрь 2003 г. в мире произведено уже 2.592 трансплантаций стволовых клеток пуповинной крови, из них 1.012 – взрослым пациентам. В выпуске The Lancet от 4 января 2003 г. опубликовано два сообщения о результатах инъекции аутологичных (собственных) стволовых клеток костного мозга больным, страдающим тяжелой стенокардией или перенесшим инфаркт миокарда. Источником культивированных мононуклеарных клеток служил костный мозг, взятый из гребня подвздошной кости больного. Через несколько месяцев отмечено заметное улучшение перфузии миокарда и функции левого желудочка. 2004 год - Общая мировая коллекция стволовых клеток пуповинной крови приближается к 400.000 образцов. В мире произведено около 5.000 трансплантаций пуповинной крови. Для сравнения, число трансплантаций костного мозга за тот же период составило около 85.000. 2005 год - Перечень заболеваний, при лечении которых может быть успешно применена трансплантация стволовых клеток, достигает нескольких десятков. Основное внимание уделяется лечению злокачественных новообразований, различных форм лейкозов и других болезней крови. Появляются сообщения об успешной трансплантации стволовых клеток при заболеваниях сердечно-сосудистой и нервной систем. Разработаны международные протоколы лечения рассеянного склероза. Проводятся многоцентровые исследования при лечении инфаркта миокарда и сердечной недостаточности. Ищутся подходы к лечению инсульта, болезни Паркинсона и Альцгеймера. Исследования, как эмбриональных стволовых клеток, так и стволовых клеток взрослого организма ведутся чрезвычайно активно, в мировой научной прессе что ни день появляются все новые сообщения о достижениях ученых: одним удалось получить из стволовых клеток нейроны, другим - кожную или хрящевую ткань, третьим - вырастить сосуды, кость или даже челюсть! Следующие 20 лет биология будет расшифровывать, как план строения организма упаковывается в одну клетку. Сейчас мы делаем первые шаги, чтобы переосмыслить наши биологические возможности и резервы. Термины "стволовые клетки", "пуповинная кровь", "криобанк" наши соотечественники впервые услышали сравнительно недавно - пять лет назад. Тем не менее, первое предположение о существовании стволовых клеток было высказано именно русским ученым! Уже сегодня стволовые клетки успешно используются при лечении тяжелых наследственных и приобретенных заболеваний, болезней сердца, эндокринной системы, неврологических заболеваний, болезнях печени, желудочно-кишечного тракта и легких, заболеваний мочеполовой и опорно-двигательной систем, заболеваний кожи. Во многих случаях своевременное лечение стволовыми клетками буквально «ставит человека на ноги»! Сегодня фундаментальное изучение и применение стволовых клеток под силу только Медицинским Центрам Федерального значения, таких как ГУ Медицинским радиологическим научным центром Российской Академии Медицинских Наук в Обнинске (ГУ МРНЦ РАМН) и ФГУ Научным центром Акушерства, Гинекологии и Перинатологии Росмедтехнологий (ФГУ НЦ А, ГиП Росмедтехнологий). Надо отметить усилия в продвижении метода клиникой стволовых клеток. За 21 год успешного изучения стволовых клеток был разработан и лицензирован метод выделения и культивирования мезенхимальных стволовых клеток из аутологичного костного мозга. Разработанная методика культивирования позволяет получить необходимое количество стволовых клеток с нужными характеристиками и их клеточного потомства в различные органы и ткани. При хранении в криобанке полученные культуры сохраняют высокий уровень выживаемости и высокую активность. Глава3 Применение клеточных технологий в клинике Клеточная терапия – не открытие конца 1990-х годов, но именно в это время появились научные работы, дающие новые широкие возможности ее применения и началось бурное развитие исследований в этой области на всех уровнях – от молекулярной клеточной биологии, опытов на культурах тканей и лабораторных животных до различных стадий клинических испытаний. Теоретически методы клеточной трансплантологии могут быть использованы в самых разных разделах медицины, но практическая их разработка идет неравномерно – случаются прорывы на разных участках, кажется, что уже близко к внедрению в практику, но по мере продвижения встают и новые проблемы. Вот, например, одно из первых ожиданий – болезнь Паркинсона. После множества опытов на животных были начаты клинические испытания по применению фетальных клеток, но однозначного результата так и не было получено; исследования продолжаются. Опыты на животных давали положительные результаты – восстанавливался синтез дофамина у крыс с моделью болезни Паркинсона, на крысах же было получено восстановление функций при повреждении спинного мозга. Были начаты клинические испытания, и в отдельных случаях пациенты получали облегчение. Однако достичь значительных и устойчивых результатов пока еще не удалось, поскольку открываются все новые факторы, препятствующие развитию полноценной нервной ткани. Зато неожиданно быстро входит в клинику применение клеточных технологий в лечении болезней сердца. Тканевая инженерия – создание трехмерных органов при помощи биодеградирующих матриксов; создание органов из нескольких тканей. Использование стволовых клеток, особенно аутологичных, делает возможным выращивание функционирующих органов и хорошее их приживление. К настоящему времени методами тканевой инженерии удалось вырастить полноценный зуб (на крысах); участок сосуда; многослойный имплант кожи; фалангу пальца из кости и хряща. Ранее всего из методов клеточной терапии в клиническую практику вошла трансплантация костного мозга. Уже с 80-х годов этот метод стал рутинным в лечении некоторых онкологических и гематологических заболеваний. Он позволил с высокой вероятностью добиваться излечения больных, до того считавшихся обреченными. Суть метода в том, что у пациента при помощи химио- или радиотерапии убивают раковые клетки, вместе с которыми погибает и кроветворная система костного мозга (отвечающая, в частности, за иммунитет). Трансплантация костного мозга позволяет восстановить гемопоэз, и главную роль в этом играют кроветворные (гемопоэтические) стволовые клетки, составляющие значительную долю клеток костного мозга. Иногда лучший эффект дает использование чистой фракции гемопоэтических стволовых клеток, которые при помощи специальных приборов выделяют из костного мозга или периферической крови донора (а иногда – и самого пациента в период ремиссии). Постоянно открываются все новые возможности трансплантации стволовых клеток – метод применяется для лечения других форм онкозаболеваний, для улучшения переносимости химиотерапии, для уменьшения реакции отторжения и т.д. Как получают стволовые клетки для проведения трансплантации: Гемопоэтические клетки крови (или клетки - предшественницы кроветворения) содержатся в костном мозге, а также имеются в небольшом количестве в периферической крови. Именно эти клетки необходимы при проведении трансплантации (когда потенциальный донор становится реальным). Несколько лет назад стволовые клетки получали только из костного мозга, который содержится в плоских костях. Для этого у донора под наркозом производили прокол кости таза и забирали шприцом необходимое количество костного мозга. После такой процедуры донор несколько дней в специализированном стационаре находится под наблюдением врача. Необходимо заметить, что такой способ получения трансплантата практикуется и до сих пор и не имеет каких-либо серьезных осложнений. Тем не менее, в настоящее время появился более совершенный способ получения гемопоэтических стволовых клеток у донора - из периферической крови. При этом донор проводит несколько часов в кресле для взятия крови (смотрит телевизор или читает), кровь из вены на одной руке проходит через специальный прибор для сепарации нужных для трансплантации гемопоэтических стволовых клеток и возвращается в кровяное русло донора через вену на другой руке. После такой процедуры донор практически не теряет объем крови, а восстановление взятых клеток происходит в течение первых же 7-10 дней после процедуры. За исключением некоторых исключительных ситуаций, донору, как правило, предоставляется возможность самому решать, каким способом он будет сдавать клетки крови. Аутологичная трансплантация подразумевает введение клеточного материала (стволовых клеток) в тот же организм, из которого они были выделены. В случае если донором клеток являлось другое лицо, принято говорить об аллогенной (чужеродной) трансплантации. В зависимости от степени родства донора и реципиента она может быть родственной (от брата сестре, от сына матери и наоборот, и т.п.) или неродственной. Наиболее важным фактором, определяющим успех аллогенной трансплантации, является точность подбора показателей комплекса гистосовместимости (т.н. HLA-системы) донора и реципиента. В противном случае, трансплантат либо не приживется в организме реципиента и будет отторгнут, либо начнет работать против организма хозяина, вызывая одноименную болезнь (трансплантат-против-хозяина). Поскольку гены белков системы HLA наследуются от обоих родителей, вероятность тканевого совпадения детей от одних родителей высока: 25% полного совпадения (6/6) и 50% от 3/6 и выше. По этой же причине донора для пациента легче найти среди немногочисленных кровных родственников, чем среди сотен тысяч и миллионов других людей. Практически невозможно найти неродственного донора для представителей отдельных национальностей среди других, исторически более далеких, наций и народов. Источник стволовых клеток - костный мозг, периферическая кровь, кровь пуповины Способ введения - внутривенная инфузия клеточной взвеси после проведения программы химиорадиоподготовки и иммуносупрессивной терапии Близкий подход используется при лечении аутоиммунных заболеваний, при которых собственная иммунная система пациента разрушает его же клетки. К таким болезням относятся, например, системная красная волчанка (тяжелое системное заболевание соединительной ткани), рассеянный склероз (заболевание центральной нервной системы, связанное с образованием очагов демиелинизации – утраты защитной оболочки нервных волокон), ревматоидный артрит (хроническое прогрессирующее воспаление суставов споследующей их деформацией) и болезнь Крона (тяжелое и практически неизлечимое заболевание, проявляющимся дисфункцией пищеварительной системы). При лечении у пациентов стимулируется выброс в периферическую кровь гемопоэтических СК, затем они выделяются из крови при помощи специального оборудования и некоторое время сохраняются. Работа иммунной системы пациента полностью или частично подавляется, после чего вводятся аутологичные стволовые клетки. Новая иммунная система, заново восстановленная из трансплантированных собственных стволовых клеток, больше не разрушает клетки пациента. Заключение Рассмотрев в данной работе проблемы использования в медицине стволовых клеток, можно сделать следующие краткие выводы. Открытие стволовой клетки и развитие связанных с этим открытием клеточных технологий в медицине наряду с расшифровкой двойной спирали ДНК и генома, безусловно, относятся к важнейшим событиям, произошедшим в биологии в ХХ веке. Стволовые клетки таят в себе невиданные возможности: от регенерации поврежденных органов и тканей до лечения заболеваний, не поддающихся лекарственной терапии. Кроме восстановления утраченных функций органов и тканей, стволовые клетки способны тормозить неконтролируемые патологические процессы, такие как воспаления, аллергии, онкологические процессы, старение и т.д. Именно клеточные технологии являются основой генной терапии, с которой связаны надежды на разработку индивидуальных схем лечения пациентов с самыми тяжелыми заболеваниями, в том числе наследственными. Клеточные технологии и генная терапия представляют собой наиболее универсальные современные подходы к лечению. Технология стволовых клеток может привести к новому пониманию развития и дифференциации клеток, как и почему развиваются определенные ткани, почему возникают заболевания и как их лечить. Станет возможным клонирование от отдельных тканей до целых организмов. Таким образом, наглядно демонстрирующих реальное значение клеточной биологии в решении актуальных проблем медицины XXI века, может быть продолжен. Вместе с тем уже сейчас становится очевидным, что дальнейший прогресс как самой клеточной биологии, так и медицинской науки в целом будет связан не только и не столько с дальнейшим накоплением фактического знания, сколько с его творческим и этическим осмыслением. Медицина ХХI века, безусловно, будет основана на фундаментальных достижениях клеточной биологии. Список использованной литературы 1. Баев А.А. Геном человека: некоторые этико-правовые проблемы настоящего и будущего // Человек. - 1995. - №2. - С.9. 2. Душкин М.П., Иванова М.В. Трансформация перитонических макрофагов в пенистые клетки при внутрибрюшном введении мышам липопротеидов низкой плотности, холестерина и его продуктов окисления. // Патофизиология и эксперимент. Терапия. 3. Жиганова Л.П. Биомедицина и стволовые клетки. 4. Корочкин Л.И Что такое стволовые клетки // Природа. - 2005. - №6. 5. Карпенков С.Х.: Концепции современного естествознания/Москва-Академический Проект -2006. 6. Отраслевая Программа «Новые клеточные технологии - медицине»(01.07.2002 – 01.07.2010) |