Биологическая суть стволовых клеток
В организме человека существует особый резерв незрелых структур, которые обеспечивают обновление тканей. Главная особенность таких клеток заключается в их двойственном потенциале: они могут поддерживать собственную популяцию путем самовоспроизведения и способны к дифференцировке.
Интересно, что процесс развития и созревания этих структур имеет уникальные эмбриологические черты. В отличие от стандартного пути развития многоклеточного организма, дифференцировка стволовых клеток осуществляется в обход классической стадии гаструляции. Это означает, что для формирования зрелой ткани им не требуется предварительное образование зародышевых листков.
Впервые эти удивительные клетки были успешно выделены в 1998 году. С тех пор наука разделяет их на две основные категории в зависимости от этапа развития организма:
- Эмбриональные стволовые клетки. Их получают на самых ранних этапах онтогенеза — на стадии бластоцисты или из тканей пятинедельного эмбриона.
- Взрослые стволовые клетки. К этой группе относятся, например, гемопоэтические клетки, которые присутствуют в уже сформированном организме.
Источники и потенциал дифференцировки
Для получения необходимого биологического материала в современной медицинской практике чаще всего используют клетки пуповинной крови, а также стромальные клетки, извлекаемые из костного мозга.
Высокий терапевтический интерес к этим структурам обусловлен их колоссальным потенциалом дифференцировки. Из незрелого предшественника в искусственных или естественных условиях могут формироваться самые разнообразные специализированные элементы человеческого тела:
- Нейроны (клетки нервной системы).
- Гепатоциты (клетки печени).
- Кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы).
- Различные варианты эпителиальных клеток.
Несмотря на столь впечатляющие возможности, использование этого ресурса имеет строгие биологические ограничения. Во-первых, естественный запас таких клеток в организме взрослого человека крайне невелик. Во-вторых, они подвержены так называемому лимиту Хейфлика — жесткому ограничению количества возможных делений, которое составляет всего 50–100 циклов.
Эксплантация: жизнь вне организма
Термин эксплантация происходит от латинских слов ex (вне) и plantare (сажать). Он обозначает лабораторный метод культивирования изолированных органов, тканей или отдельных клеток за пределами живого организма. Этот подход является простым и экономически выгодным способом долгосрочного макромасштабного выращивания человеческих клеток.
Значение метода эксплантации трудно переоценить, так как он охватывает сразу несколько фундаментальных и прикладных направлений:
- Медицинская перспектива. Технология наглядно демонстрирует принципиальную возможность преодоления барьеров иммунологической несовместимости при пересадке тканей.
- Клиническая диагностика. Культивирование клеток периферической крови позволяет врачам точно подсчитать число хромосом. Это критически важно для своевременной диагностики различных хромосомных болезней.
- Изучение мутагенеза. Метод дает возможность детально исследовать механизмы возникновения мутаций непосредственно в соматических клетках.
Применение в науке и клеточной терапии
Помимо диагностики, эксплантация служит мощным инструментом для проведения масштабных научных исследований. Благодаря культивированию тканей in vitro ученые могут в реальном времени изучать тонкие стадии митоза и анализировать процессы дифференцировки клеток в эмбриогенезе (эти процессы активно изучаются на примере млекопитающих и птиц). Метод помогает решать сложнейшие вопросы в области цитологии, гистологии, эмбриологии, нормальной физиологии, генетики и даже онкологии.
Накопленные фундаментальные знания сегодня активно переходят в плоскость практической медицины, формируя направление клеточной терапии. Выращенные клеточные культуры успешно применяются для лечения тяжелейших патологий, среди которых:
- Инсульт;
- Инфаркт миокарда;
- Цирроз печени;
- Сахарный диабет и многие другие заболевания, требующие восстановления утраченных или поврежденных тканей.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие специфические поверхностные маркеры используются для выделения гемопоэтических стволовых клеток?
Для выделения гемопоэтических стволовых клеток используются мембранные маркеры, главным из которых является антиген CD34. Фенотип истинных гемопоэтических стволовых клеток человека характеризуется следующим набором маркеров:
- CD34 — ключевой маркер стволовых клеток и их ближайших потомков;
- Lin — линейные маркеры (на стволовых клетках отсутствуют);
- CD38 — маркер коммитированных предковых клеток (на кандидатах в стволовые клетки отсутствует).
На зрелых гемопоэтических клетках экспрессия маркера CD34 отсутствует.
Какие типы стволовых клеток относятся к плюрипотентным и мультипотентным?
К плюрипотентным и мультипотентным относятся следующие типы стволовых клеток:
- Эмбриональные стволовые клетки — плюрипотентны, могут быть выделены из внутренней клеточной массы бластоцисты и дают начало всем типам клеток эмбриона в ходе эмбриогенеза.
- Регионарные / резидентные стволовые клетки взрослого организма могут быть полипотентными / мультипотентными: они дают широкий набор специализированных клеточных типов. Пример — кроветворные стволовые клетки.
Стволовая клетка крови зрелого организма относится к мультипотентным; термин «плюрипотентная» к ней неприменим.
Какие существуют методы культивирования клеток in vitro, помимо эксплантации?
Помимо эксплантации, in vitro широко применяется метод культур клеток, который классифицируется по способам культивирования и получения. По способу культивирования выделяют:
- Однослойные — монослойные культуры;
- Суспензионные — включают проточное культивирование;
- Смешанные — комбинированные типы.
| Тип по получению | Характеристика |
|---|---|
| Органные | Цельные кусочки тканей |
| Первичные | Выдерживают 5–10 пассажей |
| Полуперевиваемые | Диплоидные, 40–50 пассажей |
| Перевиваемые | Стабильные многолетние пассажи из опухолевых тканей |
Для понимания термина «эксплантация» вспомните латынь: ex — приставка «вне» (как в словах экспорт или экстерьер), а plantare — «сажать» (плантация). То есть это буквально «высаживание» клеток вне тела.
Вопросы с занятий и экзамена
Что означает «лимит Хейфлика» применительно к стволовым клеткам?
Это генетически заложенное ограничение количества делений соматической клетки. Для стволовых клеток этот лимит составляет от 50 до 100 делений.
В чем особенность развития стволовых клеток по сравнению с обычным эмбриогенезом?
Их дифференцировка в специализированные ткани способна происходить в обход стадии гаструляции и без формирования зародышевых листков.
Зачем врачи культивируют клетки крови методом эксплантации?
Это необходимо для клинической диагностики: в процессе культивирования можно остановить деление, подсчитать количество хромосом и выявить хромосомные болезни.
На каких стадиях получают эмбриональные стволовые клетки?
Обычно их выделяют на стадии развития бластоцисты или из эмбриона на пятой неделе развития.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы дифференцировки без стадии гаструляции
- Специфика выделения клеток на стадии бластоцисты
- Преодоление иммунологической несовместимости при клеточной терапии
- Применение гемопоэтических клеток костного мозга
- Особенности изучения мутагенеза в соматических клетках
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Стволовые клетки и эксплантация» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Трансплантация»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.