Эмбриональные стволовые клетки: взрослые стволовые клетки печени, болезнь Паркинсона, дофаминовые нейроны
Тотипотентная клетка с помощью внешней информации подстраивается к возникающим условиям для наиболее адекватного функционирования, которое реализуется посредством разнообразных белков-исполнителей, то есть с помощью информации структура и функции клетки наиболее эффективно подгоняются под контекст местных химических условий, прежде всего ассортимент молекул микроокружения — для издания потоков энергии и строительных веществ в клетки. Программа функционирования клеток используется не на энергию активации или модификации внешнего «сырья», а на подгонку рецепторов ионных каналов и белков-переносчиков к источнику этого «сырья» за счет создания высокоаффинных распознаваний и транспортировки молекул в клетки.
Эмбриональные стволовые клетки обладают всеми признаками «стволовой клетки», включая долговременное самообновление. В отличие от взрослых стволовых клеток при введении в нормальные бластоцисты эмбриональные стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки всех типов In vivo и в клетки многих типов In vitro. В эмбриональные стволовые клетки отмечается высокий уровень активности теломеразы и очень короткий цикл деления клеток Gt, воспроизведение ДНК в них начинается без внешней стимуляции.
Поскольку эмбриональные стволовые клетки стали широко доступными для многих лабораторий, а также благодаря разработанным технологиям удаления, замены или выявления генов, которые интересуют исследователей, они служат мощным средством для изучения развития организма, что невозможно иными методами.
Эмбриональные стволовые клетки являются также неиссякаемым источником клеток для генной терапии в случаях точного контроля за дифференцировкой клеток. Все же на фоне относительно хорошо изученных пространственных изменений, в результате которых эмбрион на ранних стадиях формируется из бластоцисты, удивительно мало известно о явлениях на молекулярно-генетическом уровне, которые происходят при дифференциации бластоцисты.
Хотя в самом эмбрионе количество клеток не добавляется, промежуточная примитивная эндодерма, которая выделяет эпибласт из целобласта, порождает факторы, которые управляют как выживанием, так и дифференциацией внутренней клеточной массы и эпибласта. Среди генов, экспрессирующих в примитивной эндодерме, которые играют ведущую роль в дифференцировке, — члены семейства GATA-факторов транскрипции, в частности GATA-4 и GATA-6, Stat 3, и многие гены, играющие роль в формировании осей и гаструляции, включая костные морфогенетические белки (BMP), факторы роста фибробластов (FGF).
Взрослые стволовые клетки
Взрослые стволовые клетки печени — это клетки, которые могут давать начало клеткам, вырабатывающим инсулин; гемопоэтические стволовые клетки, которые могут развиваться в клетки сердечной мышцы. Именно поэтому изучение возможности использования взрослых стволовых клеток в терапии, основанной на клетках, стало областью биологии и медицины, где ведутся активные исследования.
Яркий пример — возможность использования клеточной терапии для лечения болезни Паркинсона. Болезнь Паркинсона — распространенная нейродегенеративная патология, поражающая более чем 2 % Населения в возрасте старше 65 лет.
Болезнь Паркинсона, как известно, вызывается прогрессивной дегенерацией и утратой дофамин-продуцирующих нейронов, что служит причиной тремора, ригидности и гипокинезии. Предполагается, что болезнь Паркинсона — первое заболевание, которое будет лечится путем трансплантации стволовых клеток.
Предположение основывается на достижениях нескольких лабораторий, в которых разработаны методы стимуляции дифференциации зародышевых стволовых клеток в клетки, которые характеризуются многими функциями дофаминсинтезирующих-нейронов.
Недавно ученым удалось стимулировать дифференцировку зародышевых стволовых клеток мыши в дофаминсинтезирующие-нейроны, экспрессирующие ген Nurr 1. После подсадки в мозг крысам с моделью болезни Паркинсона новые дофаминовые нейроны (производные стволовых клеток) реиннервируют мозг больных крыс, выделяют дофамин и улучшают моторную функцию.
Аналогичные исследования проводятся и с целью получения человеческих дофамин-продуцирующих нейронов из стволовых клеток человека в условиях лаборатории для последующей трансплантации больным с болезнью Паркинсона. При успешном создании неограниченных запасов дофамин-продуцирующих нейронов можно будет сделать широкодоступной нейротрансплантацию с целью лечения болезни Паркинсона.