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.