Запись на прием
Обновлено: 14.05.2024
Время чтения: 3 минуты

Эмбриональные стволовые клетки

Эмбриональные стволовые клетки человека

Основой для создания всех типов соматических клеток являются эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые формируются в самом начале внутриутробного формирования эмбриона. Они сохраняют плюрипотентность после многочисленных делений и теоретически способны помогать в лечении нейродегенеративных, эндокринных и других заболеваний. Однако ввиду законодательных ограничений и этических затруднений человеческий биоматериал для исследований не применяется. Рассмотрим отличительные особенности ЭСК, их применение в медицине и историю изучения. 

Особые свойства

Эмбриональные стволовые клетки человека и любого млекопитающего содержатся во внутренней клеточной массе бластоцисты. В процессе эмбрионального развития они трансформируются в частицы мезодермы, энтодермы и эктодермы. В целом каждая ЭСК может превратиться в любую из 220 известных типов клеток, но это происходит не всегда – если нет стимулирующих к дифференцировке факторов, то плюрипотентность сохраняется при последующих делениях. Таким образом, подобные структурные соединения способны самообновляться. 

Другие важные свойства эмбриональных стволовых клеток:
  • способность клонироваться – из одной клетки может получиться целая популяция с идентичными генными параметрами и такой же высокой клоногенностью;
  • удвоение в среднем за 12-15 часов;
  • два пути деления – процесс может быть симметричным (тогда образуются две ЭСК) либо асимметричным, когда формируется одна ЭСК и коммитированная клетка;
  • создание всех тканей и органов при выполнении инъекции в бластоцисту эмбриона;
  • сохранение диплоидного комплекта хромосом;
  • невозможность формирования тельца Барра в клетках с женским кариотипом (вторая X-хромосома не склонна к инактивации);
  • длительное пребывание в S-фазе в сочетании с непродолжительной G1-фазой;
  • повышенная ферментативная активность теломеразы и щелочной фосфатазы.

Структура и строение

Происходящие из бластоцистов ЭСК выполняют функцию серийного множителя заложенных программ. Они запускают выработку сигнальных сетей, новых генов, рецепторных соединений между клетками, отвечающих за дифференцирование, деление, перемещение клеток, а также сборку органов и тканей. Фактически они продуцируют специализированные клетки, необходимые конкретному организму для существования. Оценка конечного продукта ЭСК не может измеряться с помощью морфологических либо физиологических средств, поскольку является потенциальными данными для будущих молекулярных и клеточных взаимодействий. 

В составе заложены программы эмбриогенеза, функционирующие вместе с эмбриональной индукцией и постоянным обратимым эпителио-мезенхимальным превращением структурных элементов листков зародыша. За воплощение трехмерных карт будущих органов отвечает мезенхимальное ядро, а эпителиальная граница необходима для программирования периодических провизорных структур, барьеров, а также для компартментализации. На то, как будут себя вести ЭСК, влияют факторы микроокружения, без воздействия которых они находятся в дормантном статусе. 

 Чем старше становится эмбрион, тем меньше проявляется свойство к дифференцировке. Изначальная специализация предполагает выделение из стромы трофобласта и эмбриобласта. 

Источники и методы получения

На 5-6 день после оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки формируется главный источник эмбриональных стволовых клеток – бластоциста, Она представляет собой внутриклеточную массу и содержит от 50 до 150 клеток. В рамках исследований удалось выяснить, что идентичность ЭСК сохраняет в следующих статусах:
  • эпителий, а точнее - цитокератин позитивных клеток и Е-кадхерин;
  • примитивные ошаренные структуры суспензионного клона;
  • одиночные мигрирующие клетки мезенхимы.
  • При дальнейшем развитии основная часть ЭСК входит в мезенхиму, но головная часть эпибласта не теряют статус эпителия и превращается к нейроэктодерму. Последующие изменения такие:
  • реэпителизация части мезодермы в сомиты;
  • трансформация склеротомной части сомитов;
  • 5-7 циклов обратимой смены морфологического статуса провизорных клеток эпителий-мезенхима-эпителий.
Получение эмбриональных стволовых клеток во взрослом возрасте проблематично, поскольку активность сохраняет лишь небольшая часть.
В основном они присутствуют в паренхиме органов и МСК, расположенные в строме. Ученым пока что не удается понять, почему запасы ЭСК не активируются в случае серьезных повреждений органов. 

История исследования

Толчком для активного изучения ЭСК стали исследования Дж. Пирса, которому удалось в 1964 годы из тканей эмбриона выделить стволовые клетки и доказать, что они длительный период могут находиться вне организма и формировать тератокарциномы. В дальнейшем полученные ученым частицы стали называть эмбриональными клетками карциномы из-за нарушенного кариотипа и генетических изменений. 

Непосредственно ЭСК первыми смогли получить М. Кауфман и М. Эванс в 1981 году, которые использовали материал от мышей. Из человеческой бластоцисты удалось их выделить только в 1998 году – исследование было проведено командой ученых Университета Висконсина под руководством Джеймса Томаса. Сразу после этого специалисты активно начали интересоваться, возможно ли применение эмбриональных стволовых клеток в клинической практике. Но по этическим причинам во многих странах запретили использовать человеческий биологический материал для исследований и лечения. 

Наиболее важные события в сфере изучения ЭСК:
  • 2005 год – публикация научной работы в издании Lancet Medical Journal, где в подробностях описан процесс создания новой линии клеточных структур в среде, где не присутствуют частицы животного происхождения. Автор доказал способность ЭСК после полугодового пребывания в неактивном состоянии проходить специализацию и формировать зародыш;
  • 2006 год – получение индуцированных плюрипотентных СК (iPS) путем репрограммирования. Предварительно были проработаны способы перепрограммирования ЭСК путем воздействия c-Myc, Klf4, Sox2, Nanog и Oct4;
  • 2009 год – подтверждение способности iPS создавать органы и системы, формируя полноценный организм;
  • 2009-2015 годы – проведение первых в мире клинических исследований по пересадке ЭСК человека больным с повреждениями спинного мозга при финансовой поддержке Geron на основании результатов научных работ команды Ханса Кейрстеда;
  • 2012 год – вручение Нобелевской премии ученым из Японии и Великобритании (Джону Гердону и Синъя Яманака) за создание технологии репрограммирования и клонирования;
  • 2014 год – выполнение пересадки эпителии сетчатки из iPS в рамках терапии дегенеративных возрастных процессов в глазу;
  • 2015 год – старт клинических исследований Viacyte, направленных на оценку эффективности терапии сахарного диабета с использованием эмбриональных стволовых клеток поджелудочной железы человека.

Применение

Сочетание неограниченного потенциала деления и пластичности делают возможным применение ЭСК с целью восстановления поврежденных тканей и нормализации функций внутренних органов. Дополнительными факторами являются отсутствие риска резорбции, неконтролируемого синтеза патологических клеток и развития онкологии – ЭСК просто перемещаются в места повреждения паренхимы и реконструируют орган.

Введение биоматериала, по мнению ученых, может быть результативным при следующих патологиях:

Но лечение эмбриональными стволовыми клетками не проводится из-за специфики получения биоматериала для трансплантации. В России любые медицинские процедуры с использованием ЭСК запрещены законом.
Уникальные особенности эмбриональных стволовых клеток, такие как самообновление и плюрипотентность, мотивируют продолжать исследования по применению их в медицинских целях. Пока что их используют не так активно, как гемопоэтические, но в дальнейшем, когда будут разработаны достаточно эффективные технологии выделения ЭСК из клеток взрослого организма, такой вариант лечения позволит спасти тысячи жизней. 


Поддержка и продвижение сайта - Inyh - IT & Design Solutions