---

Стволовые клетки

Стволовые клетки (СК) представляют собой незрелые клетки, из которых образуются специализированные клеточные структуры разных органов и систем. В изначальном виде они недифференцированные, обладают неограниченным потенциалом самообновления и способны в процессе митоза продуцировать новые СК с идентичным генным набором и способностью к генерации разных типов клеток. Их используют при лечении множества соматических заболеваний, а также в омолаживающих целях, при этом они отличаются между собой по источнику получения и свойствам. Эмбриональные СК в России запрещены для применения по этическим соображениям. 

В мире проводятся тысячи исследований, направленных на изучение влияния СК на разные органы и системы, а также на подтверждение результативности клеточной терапии при борьбе с сердечно-сосудистыми, неврологическими, аутоиммунными и другим заболеваниями. В ряде стран уже зарегистрированы и продаются препараты на основе стволовых клеток, параллельно с этим возрастает интерес к введению СК внутривенным способом, инфузионно или локально (в место поражения). Расширение области применения связано с усовершенствованием процесса культивации в лабораторных условиях и более точным пониманием механизма воздействия их на организм. 

Свойства стволовых клеток

Стволовые клетки существенно отличаются от остальных благодаря следующим особенностям:

1. Самообновление, то есть после деления у новых клеток наблюдаются идентичные фенотипические особенности, даже если не происходил процесс дифференциации. 
2. Вариативность размножения. Популяция может увеличиваться при помощи формирования одной СК и специализированной клетки (асимметричное деление) либо путем преображения в 2 СК или две дифференцированные структурные единицы (стохастическое деление). В комплексе эти механизмы позволяют поддерживать определенный уровень СК. 
3. Плюрипотентность – отсутствие ограничений по типу генерируемых клеточных соединений. Из стволовых клеток у млекопитающих могут формироваться около 350 разных видов клеток разной структуры и функциональности.
4. Поиск области повреждения и фиксация там для восполнения функциональности тканей. СК способны преодолевать значительные расстояния, чтобы достичь места повреждения или воспалительного очага, а затем запустить иммунные механизмы и синтез недостающих клеток. 
5. Тотипотентность, которая проявляется на 11 день после оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки, позволяя сформировать полноценный организм из первоначально небольшого количества СК. 
6. Активность теломер, которая обеспечивает потенциально бесконечное количество репликаций с надстройкой хромосом. 
7. Замедленный метаболизм – значительная часть СК способна пребывать в состоянии покоя, используясь по мере необходимости в течение всей жизни, например, в стрессовых ситуациях, во время болезней и травм. 
8. Отсутствие потребности в кислороде для осуществления жизнедеятельности, что обуславливает минимальные энергетические затраты. При этом в их составе присутствует полный комплект органелл, включая эндопластический ретикулум (ЭПР), рибосомы, митохондрии, лизосомы. Такая особенность обусловлена синтезом разобщающего белка, ингибирующего механизмы, зависимые от кислорода. После дифференциации блокировка кислородозависимых процессов ослабляется, поэтому изначально анаэробные клетки становятся аэробными. 

Уникальность СК обусловлена, прежде всего, избыточным количеством мРНК в цитоплазме, что связано с необходимостью формирования и развития зародыша в материнской утробе.

Получение стволовых клеток

Основные сложности, связанные с использованием стволовых клеток в медицине, обусловлены спецификой их выделения. Существует возможность экстракции СК в пренатальном и постнатальном периодах:

1. Из тканей эмбриона возрастом от 3 до 5 дней получают эмбриональные СК. Речь идет об использовании абортивного либо подготовленного в рамках ЭКО материала, который не потребовался, и по согласованию владельцев был передан для проведения исследований. 
2. Выделение СК возможно в процессе родовой деятельности – в данном случае источниками служат околоплодные воды, плацента и пуповина (стволовые клетки присутствуют и в ткани, и в крови). В дальнейшем биоматериал можно хранить от 20 лет и дольше с сохранением возможности дифференцирования и деления. Вместе с тем, в пуповинной крови не всегда присутствует достаточная концентрация СК, что затрудняет проведение пересадки. Использование полученных таким путем клеток дает хорошие результаты при осуществлении родственной трансплантации. 
3. При помощи аспирации из костного мозга можно получить СК взрослого человека. 
4. В качестве источника может использоваться жировая ткань, если речь идет о выделении мезенхимальных СК. Доказано присутствие стволовых клеток в крови, дерме, органах пищеварительной системы, поджелудочной железе, но технологии их получения пока что нет. Недостатками биоматериала, полученного от взрослых доноров, следует назвать недолговечность, наличие специализации и определенный риск наличия аномалий, связанных с неблагоприятным влиянием окружающей среды. Зато есть возможность проведения аутологичных трансплантаций, при которых вводится родной генетический материал, прошедший специальную обработку. При такой процедуре отсутствует опасность развития РТПХ.

История открытия и изучения

Процесс исследования СК начался в начале прошлого столетия, а данный термин стали использовать благодаря профессору Максимову, который в 1908 году в Берлине так назвал клетки, способные образовывать разнообразные ткани организма в процессе внутриутробного развития.

Несколько десятилетий вопрос активно изучали ученые США и других стран, однако явного прогресса не было до 60-70-х годов, когда:

• Эдвард Доннелл Томас провел первую операцию по трансплантации костного мозга – через 31 год после легендарной пересадки он получил Нобелевскую премию за свой вклад в поиск методов терапии лейкоза и других тяжелых заболеваний;
• А. Фриденштейну удалось в лабораторных условиях создать клетки, схожие по структуре с фибробластами – спустя время их стали называть мезенхимальными;
• появились результаты исследования ученого Mathe о возможностях СК при лечении лейкемии на основании изучения долгосрочных результатов пересадки костного мозга;
• был сформирован Лондонский реестр доноров – инициатором проекта, к которому приобщилось свыше 18 млн. людей, стал Шерли Нолан;
• благодаря исследованию С. Кнудтзона удалось узнать о присутствии в пуповинной крови такого же количества ГСК, как и в костномозговой жидкости.

В 1981 году М. Кауфману, М. Эвансу и Г. Мартину удалось изолировать эмбриональные СК, еще через 7 лет в Париже Э. Глюкман провел первую пересадку пуповинной крови родственного донора ребенку, а с 1990 года в США начали на регулярной основе проводить трансплантацию ГСК. Постепенно операции стали делать во всех развитых странах мира. В 1992 году начал работу первый в мире банк пуповинной крови, создателем которого был Д. Харрис. Из жировой ткани удалось получить СК в 1998 году.

На территории Российской Федерации методика терапии стволовыми клетками долгий период не использовалась, а первую пересадку выполнили только в 2010 году.

Разновидности и классификация стволовых клеток

Во время онтогенеза стволовые клетки проходят путь от тотипотентных к плюрипотентным, затем становятся мультипотентными, которые в свою очередь трансформируются в унипотентные и дают основу частицам-предшественникам. На этапе дифференциации «ствольность» СК пропадает.

Такие структурные элементы организма делят на три категории в зависимости от того, каким образом они получены:

1. Эмбриональные – формируют эмбриобласт на начальном этапе развития зародыша в материнской утробе, им характерна плюрипотентность и неспособность активировать human leucocyte antigens. Приживаемость таких стволовых клеток максимальная, так как впоследствии у каждого человека образуется уникальный набор антигенов, что затрудняет поиск подходящего донора. Проблема использования данной разновидности СК заключается в невозможности последующего развития эмбриона после изъятия биоматериала и отсутствии вариантов пересадки аутологичных клеток. 
2. Фетальные – присутствуют в абортивном материале, обладают одновременно мультипотентностью и унипотентностью, что обусловлено началом процесса специализации. Из таких СК нельзя получить все типы клеточных структур организма, к тому же, их получение не во всех странах считается этичным. 
3. Постнатальные – находятся во взрослом организме и не отличаются высоким уровнем потентности, зато могут быть получены без нарушения закона и при выполнении пересадки собственного биоматериала позволяют не волноваться о приживаемости клеток. 

Последняя группы СК подразделяется в зависимости от функционального назначения на:

• гемопоэтические СК, отвечающие за генерацию клеток системы кроветворения – из них получаются эритроциты, нейтрофилы, тромбоциты, лейкоциты;
• мезенхимальные, или стромальные, которые присутствуют в жировой ткани, костном мозге, хрящах и костях. Последние исследования доказывают способность МСК влиять на иммунные реакции организма, оказывать нейропротекторное действие;
• тканеспецифичные – прогениторные клетки, содержащиеся «про запас» на случай потребности в обновлении тканей и органов. Главной особенностью данного вида является отсутствие возможности неограниченного деления. 

В отдельную категорию выделяют измененные клетки, дающие при определенных обстоятельствах начало развитию опухолей. 

Применение клеток

С 1960-х годов постоянно увеличивается количество сфер применения стволовых клеток в медицинских целях. Проводятся также исследования их возможностей в пищевой промышленности и косметологии.

Наибольшее распространение СК получили в программах лечения:

• суставов, хрящей, мышц и костей – эффективность их использования приближается к 85%;
• цирроза и других заболеваний печени и поджелудочной железы;
• аутоиммунных нарушений, включая болезнь Крона, волчанку и т.д.;
• атеросклероза, ишемической болезни сердца, артериальной гипертензии и других патологий ССС;
• сахарного диабета и метаболических расстройств;
• болезни Альцгеймера и Паркинсона;
• системных заболеваний ЦНС;
• генетических отклонений.

Также СК применяют в рамках реабилитации после инсульта, инфаркта, тяжелых травм позвоночника и головы, после прохождения химиотерапии.

Вопросы и ответы

Когда впервые появился термин «стволовая клетка»?

Первый раз данный термин применил известный российский ученый А.А. Максимов в 1908 году во время своего доклада на конференции гематологов, которая проходила в Берлине. По мнению ученого, именно такой тип частиц объясняет процесс быстрого восстановления клеток крови. Специалист называл СК родоначальниками клеток, а его исследования на базе петербуржской Военно-медицинской академии дали толчок для дальнейшего изучения уникальных клеток.

Зачем постоянно проводят новые исследования с использованием СК?

Повышенный интерес обусловлен практически неограниченным потенциалом для регенеративной медицины и омоложения. Главные причины для лабораторных и клинических исследований:

• определение точных механизмов развития патологических процессов - по тому, как себя ведут СК после дифференциации, можно судить о патогенезе нарушений разных органов и систем;
• синтез и культивация здоровых стволовых клеток для последующей пересадки пациентам с поврежденными тканями на фоне тех или иных соматических нарушений;
• эффективное лечение пациентов с нейродегенеративными, аутоиммунными, сердечно-сосудистыми болезнями, а также травмами, врожденными отклонениями и т.д.;
• усовершенствование методик управления генерацией СК в лабораторных условиях с целью таргетированного воздействия на пораженные ткани;
• выявление новых способов применения не только в медицине, но также в пищевой промышленности и косметологии;
• проверка синтезированных лекарственных средств без риска для людей;
• подтверждение безопасности терапии СК в долгосрочной перспективе, обнаружение и предотвращение нежелательных реакций. 

От каких заболеваний можно вылечиться с помощью стволовых клеток?

Поскольку СК присутствуют в разных тканях, их можно применять в рамках терапии разнообразных патологий, но чаще всего их рекомендуют при:

• болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также при различных нейродегенеративных процессах в ЦНС;
• повышенном риске или наступившем инсульте, инфаркте;
• онкологии, причем на разных этапах, в том числе после операции, прохождения химио- или радиотерапии;
• остеоартрите и боковом амиотрофическом склерозе;
• сахарном диабете и других метаболических нарушениях;
• химических ожогах, травмах опорно-двигательного аппарата;
• развитии реакции «трансплантат против хозяина» после выполнения трансплантации. 

Где в организме содержатся стволовые клетки?

Есть несколько источников СК:

• ткани эмбриона, возраст которых составляет 3-5 дней – на этапе формирования бластоцисты можно выделить в среднем 150 частиц;
• костный мозг;
• жировая ткань;
• кровеносная система;
• околоплодные воды;
• ткань и кровь пуповины. 

В постнатальном периоде они присутствуют в организме преимущественно в дифференцированном виде, но есть определенный запас СК. 

Почему при наличии запаса СК не происходит автоматической регенерации поврежденных органов?

Количество присутствующих в организме стволовых клеток после рождения постепенно снижается. Причиной уменьшения запаса служат внешние факторы (неблагоприятная экологическая обстановка, травмы и т.д.), прием определенных медикаментов, нездоровый образ жизни (наркотические вещества и алкоголь ускоряют процесс), интоксикация, вирусы и инфекции.

В преклонном возрасте развиваются системные нарушения наподобие артериальной гипертензии, стенокардии, атеросклероза. Если в 20 лет 1 СК обнаруживается среди 10 тыс. клеток, то в 50 лет на каждую выявленную СК приходится 500 тысяч обычных клеток. 

Регенерация без дополнительной стимуляции при активном расходовании и деформации собственных СК проблематична, поэтому увеличивается заинтересованность в применении клеточной терапии. 

Какие уникальные свойства есть у СК?

Особенными стволовые клетки делают:

• огромный ресурс самообновления;
• клоногенность;
• трансформация в клетки различных типов;
• вариативность результатов деления – при размножении могут образоваться две идентичные по функционалу и генному набору клетки, СК и дифференцированная клетка либо узкоспециализированные клетки наподобие эритроцитов.

По каким причинам повсеместно не используют эмбриональный биоматериал?

Получение СК из эмбрионов сопряжено с этическими аспектами, что обусловлено методикой их получения. В некоторых государствах разрешено использование оплодотворенных в рамках ЭКО эмбрионов с целью проведения исследований. Обязательным условием является получение материала именно в лабораторных условиях, то есть берут исключительно СК ненужных эмбрионов (которые не подсаживались родной или суррогатной матери). В России на их применение действует категорический запрет.

Как выращивают СК?

Культивация происходит in vitro с предварительным забором у живого донора либо применением клеток из околоплодных вод, пуповинной крови и ткани. Материал находится в чашках Петри или пробирках, и при необходимости может подвергаться внешнему воздействию для стимуляции генерации СК. Запустить механизм репликации могут изменения условий окружающей среды, влияние гормонов роста либо белков и т.д. Сотрудники лаборатории отслеживают процесс, и в нужный момент (если планируется трансплантация), вводят стволовые клетки пациенту. 

В чем сложность использования СК взрослых людей?

В постнатальном периоде большая часть клеточных структур уже прошла процесс дифференциации, а возможности некоторых видов СК к обратной трансформации недостаточно изучены. Эмбриональные ткани содержат высокую концентрацию незрелых частиц, которые обладают более существенным регенерационным потенциалом. 

Чтобы использовать СК взрослых пациентов, необходимо дополнительное воздействие, при этом не всегда исходный материал подходит для лечебных целей. Дело в том, что в процессе жизни организм подвергается множеству неблагоприятных факторов, что сказывается на качестве СК и ограничивает возможности лечения. Также бывают сложности с процессом забора, например, извлечение костномозговой жидкости вызывает болезненные ощущения и требует последующей реабилитации. 

Как именно помогают стволовые клетки?

Регенеративная терапия базируется на комбинации следующих механизмов, которые варьируются в зависимости от типа используемых СК:

• блокировка апоптоза клеточных структур;
• нейтрализация воспалительных процессов – СК усиливают врожденные и приобретенные способности иммунной системы;
• оптимизация кровоснабжения;
• транспортировка к очагу поражения и генерация клеток, необходимых для восстановления работоспособности органа или системы.

Какие преимущества лечения СК?

В отличие от консервативной, терапия стволовыми клетками более безопасна, поскольку крайне редко вызывает побочные реакции, и максимально эффективная. Её суть состоит не просто в устранении последствий травмы, воздействия токсинов, хронических заболеваний, а в задействовании резервов организма.

Среди других плюсов стоит отметить такие:

• профилактика отторжения трансплантата;
• возможность комбинирования с другими методами;
• небольшой восстановительный период;
• возможность применения собственных СК или материала, полученного от донора;
• вариативность способов введения;
• применение для борьбы с врожденными и вторичными патологиями;
• долгосрочный результат – при грамотном подходе к организации лечебной программы симптомы болезни пропадают, а риск рецидива приближается к нулю (естественно, для профилактики нужно проходить регулярные осмотры и придерживаться врачебных рекомендаций). 

Всем ли подходит клеточная терапия?

Несмотря на эффективность использования СК при лечении разного рода болезней, в отдельных случаях такая тактика восстановления здоровья не применяется. К основным противопоказаниям относятся:

• любой триместр беременности;
• лактационный период;
• отдельные виды генетических отклонений;
• эпилепсия;
• метаболические сбои невыясненной этиологии;
• состояния, угрожающие жизни (дыхательная, сердечная недостаточность, кома);
• присутствие высокой дозы токсинов в организме – больным с алкогольной и наркотической зависимостью требуется предварительно пройти детоксикационную терапию и стабилизировать общие показатели;
• туберкулез костей, ВИЧ-инфекция и СПИД;
• не пролеченный рак любой локализации;
• некоторые патологии системы кроветворения. 

Сколько могут храниться выделенные из организма СК?

Длительность хранения обусловлена видом стволовых клеток, способом получения и условиями окружающей среды. Наиболее продолжительные исследования продемонстрировали способность гемопоэтических СК более 24 лет сохранять способность к самообновлению и дифференцированию. Вместе с тем мезенхимальные СК уже после 4-5 делений теряют изначальные свойства.