Как зародышевые, так и взрослые стволовые клетки человека имеют преимущества и недо­статки

Как зародышевые, так и взрослые стволовые клетки человека имеют преимущества и недо­статки для потенциального их использования в регенеративной терапии клетка­ми. Они отличаются по количеству и типу дифференцированных клеток, которы­ми они могут стать. Так как зародышевые стволовые клетки являются плюрипотентными, они могут давать начало всем типам клеток тела человека.

Взрослые стволовые клетки огра­ничиваются, как правило, дифференциацией в различные типы клеток ткани (органа), из которой они происходят. Однако обнаруженное явление пластичнос­ти взрослых стволовых клеток может расширить количество клеточных типов, в которые пре­вращаются взрослые стволовые клетки. Клеточные стадии в процессе линейной дифференцировки эмбриональных стволовых клеток и взрослые стволовые клетки (и их предшественники).

Взрослая стволовая клетка — недифференцированная клетка, находящаяся сре­ди дифференцированных клеток ткани или организма, которая обладает способ­ностью самообновляться и дифференцироваться, давая начало специализирован­ным типам клеток данной ткани или органа. Изначальная функция взрослых стволовых клеток в организме заключается в поддержании и восстановлении ткани, в которой они находятся. В отличие от зародышевых стволовых клеток, происхождение которых точно установ­лено (внутренняя клеточная масса бластоцисты), природа взрослых стволовых клеток в зрелых тканях неизвестна.

К удивлению исследователей взрослые стволовые клетки были обнаружены в гораздо боль­шем количестве тканей, чем это представлялось возможным. Это открытие позво­лило использовать взрослые стволовые клетки для трансплантации. Следует отметить, что взрос­лые стволовые клетки крови, формирующие стволовые клетки костного мозга, используются для трансплан­тации уже в течение 30 лет. Некоторые виды взрослых стволовых клеток, возможно, могут диф­ференцироваться во множество различных типов клеток при соответствующих ус­ловиях культивирования.

Важные данные, касающиеся характеристики эмбриональных стволовых клеток, были получены при иссле­довании их в культуре i n vitro . Источником эмбриональных стволовых клеток служили предимплантационные зародыши, остающиеся неиспользованными для создания беременнос­ти после процедуры суперовуляции и дублирования стадии искусственного оп­лодотворения. Зародыши для получения эмбриональных стволовых клеток обязательно замораживают в пи­тательной среде Дульбекко-Игла. С помощью микроманипулятора 5-10 заро­дышей разделяют на эмбриобласт и трофобласт, собирают клетки эмбриобласта, визуализируя их с помощью меченых антител. Эмбриобласт превращают в сус­пензию клеток с помощью диспазы/коллагеназы и выращивают в специальной пи­тательной среде с добавлением трех цитокинов (LIF, IL-6, SCF). В отличие от зре­лых клеток эмбриональные стволовые клетки растут клонами, которые диссоциируют повторным пипетированием.

На различных этапах процесса формирования зародышевых линий стволовых клеток иссле­дователи проверяют характерные свойства клеток. До сих пор нет единого мнения по стандартному набору тестов, с помощью которых можно проверить фундаментальные свойства стволовых клеток. Полагают, что многие из эффектов, которые используются, не могут быть надежными индикаторами важных физиологических свойств и функций клеток. Наиболее часто в лабораториях, зани­мающихся зародышевыми клетками, используют такие тесты:

1. Стволовые клетки культивируют и субкультивируют в течение многих месяцев. Это гарантирует способность клеток к продолжительному самообновлению. Обычно исследователи рассматривают культуры под микроскопом, чтобы оценить состояние клеток и убедиться в том, что они остаются недифференцированными.

Хорошо отработанной технологией является получение мышиных эмбриональных стволовых клеток. Ряд институтов за рубежом занимается выделением и поддержанием линий эмбриональные стволовые клетки мыши. Они поставляют эмбриональные стволовые клетки в научно-исследовательские лаборатории всего мира для любых органов.

Наибольшее количество эмбриональных стволовых клеток (до 30 %) получают при использовании эмбрио­нов мышей линии 129. Кроме этой линии, получить эмбриональные стволовые клетки с подтвержденным свой­ством колонизирования герминальных тканей химерных зародышей удалось у нескольких линий мышей.

На 3-5-й день эмбрионального развития мышиный зародыш проходит свою первую дифференцировку на внутреннюю клеточную массу и трофоэктодерму.
Трофоэктодерма представляет собой один слой эпителиальных мононуклеарных клеток, ограничи­вающий заполненную жидкостью полость — бластоцель, и находящуюся там компактную группу клеток внутренняя клеточная масса. Внутренняя клеточная масса дает начало как эм­бриону, так и экстраэмбриональным образованиям, таким как амнион, аллантоис, в то время как трофоэктодерма формирует исключительно слой трофобласта плаценты.

До имплантации новые клеточные образования дифференцируются на бластоцелическую поверхность внутренняя клеточная масса, примитивную энтодерму, которая также яв­ляется экстраэмбриональным клеточным типом, давая начало эндодермальным слоям желточного мешка. Трофоэктодерма дифференцируется задолго до имплан­тации.

Эмбриональные стволовые клетки были получены из бластодермы раннего эм­бриона, примордиальных половых клеток из половых гребней поздних эмбрионов. Культуры эмбриональных стволовых клеток выделяли из ранних эмбрионов рыб, птиц и различных млекопи­тающих. Эмбриональные стволовые клетки нечеловеческого происхождения как выделенные из поздних эмбрионов, так и культивируемые в течение длительного времени являются плюрипотентными, т. е. каждая из них способна дать начало любому из производных эктодермы, мезодермы и энтодермы, а также половым клеткам.

In vitro эмбриональные стволовые клетки дифференцируются произвольно, но когда их вводят в бластоцисту, они интегрируют в клеточную массу хозяина и вовлекаются во все ли­нии клеток с формированием химерного эмбриона. Это свидетельствует о том, что они могут отвечать на все сигналы, обеспечивающие развитие и способность к миг­рации, пролиферации и дифференцировке.

Из-за трудностей манипулирования эмбрионами млекопитающих в качестве моделей на настоящем этапе развития в исследованиях использовались линии кле­ток, имеющих разнонаправленный потенциал.

Клетки эмбриональной карциномы. Линии плюрипотентных клеток определя­ются их происхождением. Клетки эмбриональной карциномы можно полу­чить из спонтанной тератокарциномы (яичек или яичника). Линии клеток тератокарциномы были получены также путем пересадки нормальных бластоцист или зародышевых гонадных гребней в организм взрослой мыши, из которых форми­ровались злокачественные тератокарциномы. Из последних путем последователь­ных пассажей получили линии эмбриональной карциномы.

Клетки эмбриональной карциномы являются плюрипотентными. Доказано, что они способны, хотя и медленно, интегрироваться в зародышевые линии мыши. Биология стволовых клеток и их роль в регенерации является предметом ин­тенсивного исследования во многих научных лабораториях мира. Это связано с воз­можностью использования стволовых клеток для регенерации органов и тканей, поврежденных болезнями или травмами. Такие исследования составляют основу быстро развивающегося направления в биологии и медицине — регенеративной биологии и медицины.

Стволовые клетки принято считать недифференцированными клетками, спо­собными к самообновлению и продуцированию хотя бы одного типа высокодифференцированных потомков. Исследование стволовых клеток пополняет наши знания относительно того, как сложный организм развивается из единственной клетки и каким обра­зом здоровые клетки заменяют поврежденные во взрослом организме.

Эта перс­пективная область науки исследует возможность терапии, основанной на клетках, с целью лечения заболеваний, относящихся к так называемой регенеративной или восстановительной медицине. Сегодня изучение стволовых клеток — одна из наиболее передовых областей биологии и медицины. Подобно другим развивающимся направлениям научных исследований, изучение стволовых клеток быстро порождает научные вопросы и также быстро пополняется новыми открытиями.