В основе приспособляемости стволовых клеток могут лежать несколько механизмов

Возможные механизмы пластичности стволовых клеток:

· множество тканеспецифических клеток присутствуют в различных органах;
· пластичность — результат слияния донорской клетки с клетками-резидентами данного органа;
· клетка подвергается де — и редифференцировке;
· подлинные мульти — или плюрипотентные клетки сохраняются после рож­дения.
В пользу каждой из этих гипотез есть подтверждающие факты.

Тканеспецифические стволовые клетки присутствуют в различных органах. Установлено, что кроветворные стволовые клетки покидают костный мозг, циркулируют в периферической крови и осе­дают в различных органах. Причем данная концепция использовалась в клинике при переливании периферической крови. Поэтому кроветворные стволовые клетки можно обнаружить в других тканях.

Так, например, при пересадке мышечных клеток из мышц смер­тельно облученным мышам восстанавливается их кроветворная система за счет кроветворных стволовых клеток, что находились в этих мышцах. Другим примером может быть вли­яние клеток костного мозга на регенерацию печени. Очевидно, костный мозг со­держит овальные клетки печени — предшественники печеночных и билиарных эпителиальных клеток.

Пластичность как результат слияния донорской клетки с резидентными клетками органа. Концепция об изменении дальнейшей жизни клетки после слия­ния клеток не является новой. Гетерокарионы начали изучаться еще в начале XX века. При этом было установлено, что после образования гетерокариона судьба клетки существенно изменяется. Например, слияние миобласта с фибробластами приводит к появлению мышечных белков в фибробластах. Это свиде­тельствует о том, что цитоплазма миобластов содержит факторы, которые вызы­вают дифференциацию немышечных клеток в мышечные.

Установлено, что Совместное культивирование зрелых тканевых клеток и эмбриональных стволовых клеток тоже приводит к слиянию клеток. Действительно, совместная куль­тура клеток костного мозга мышей и эмбриональных стволовых клеток или плода мыши, взрослой нейральной стволовой клетки и эмбриональные стволовые клетки дала результаты, указывающие первоначально на трансдифференциацию клеток костного мозга или нейральных стволовых клеток, которые приобрели признаки эмбриональных стволовых клеток.

Хотя некоторые ис­следования In vitro показали возможность изменения линий без совместного куль­тивирования зрелых стволовых клеток и эмбриональных стволовых клеток или клеток других типов, и клетки с новыми ли­нейными характеристиками не являются тетраплоидами, ни одно исследование до сих пор не исключило возможности слияния клеток с целью приспособления в организме.

Однако, очевидные результаты были редкими (слияние взрослых клеток и эмбриональных стволовых клеток происходило с частотой 1/105—1/106 клеток); потребовалось значи­тельное избирательное давление для отбора слившихся клеток, и это было проде­монстрировано в условиях In vitro. Тем не менее, не исключена возможность, что такой механизм лежит в основе приспособляемости, когда усиливается избира­тельное давление (например, при острой недостаточности органа, отмирании тка­ней) в тканях которые допускают тетраплоидность клеток, таких как миоциты, ге­патоциты, клетки Пуркинье и другие. Наконец, слияние может лежать в основе приспособляемости в случаях, когда частота трансдифференциации очень мала.

Стромальные или мезенхимальные стволовые клетки и эндотелиальные стволовые клетки. Мезенхимальные стволовые клетки находятся так­же в ткани, покрывающей трабекулярные поверхности костей, и в нижних слоях надкостницы, прилегающей к поверхности кости. Кроветворные стволовые клетки восстанавли­вают кровь и популяцию лимфоидных клеток, мезенхимальные стволовые клетки регенерируют кости и клет­ки стромы костного мозга. Гемопоэтические стволовые клетки.

Нормальная функция стволовых клеток — продолжительное воспроизведение крови (эритроцитов, тромбоцитов, гранулоцитов, моноцитов и миелоидных дендроцитов) и лимфоидных клеток (В-, Т-, NK — и лимфоидных дендроцитов). Наличие долгоживущих кроветворных стволовых клеток в костном мозге и их способность регенерировать клетки крови и лимфоидные клетки при самообнов­лении неоднократно были показаны в экспериментах, в которых клетки костного мозга восстанавливали популяцию гемопоэтической системы летально облучен­ных мышей после ограниченной или серийной трансплантации. Существование короткоживущих стволовых клеток крови и лимфоидных стволовых клеток (колониеобразующих единиц) было доказано таким же образом с исследованием ко­лоний селезенки и тимуса у облученных или иммунодефицитных мышей.

Взрослые «материнские» кроветворные стволовые клетки изучались на протяжении многих десятилетий. Использование селекционной методики для обогащения исследуемых длительно живущих кроветворных стволовых клеток с применением антител к поверхностным клеточным антигенам в сочетании с антигенами, которые убивают транзитные размножающиеся гемопоэ­тические клетки, позволило выделить данные клетки. Это маленькие (6 мм в ди­аметре) клетки с плотным хроматином, имеющие поверхность CD34+, KDR+, c-Kit+, Thy-11, Lin, Sca+ и способные дифференцироваться In vitro как в линию клеток крови, так и в лимфоидные.

Эти клетки встречаются с частотой одна на 105 клеток костного мозга и зависят в выживании и функционировании от стро­мы костного мозга.
Стромальные клетки костного мозга. Строма костного мозга содержит жиро­вые клетки, фибробласты, ретикулярные клетки, смесь предшественников кост­ных клеток, а также мультипотентные стволовые клетки. При культивировании клеток костного мозга некоторые из них прикрепляются к субстрату и расплас­тываются, а другие не прикрепляются к субстрату.

К неприлипающим клеткам относятся и кроветворные стволовые клетки. Прилипающие клетки являются стромальными клетками, об­ладающими способностью дифференцироваться в хрящ, кость, адипоциты In vitro или после имплантации под кожу в диффузионной камере или керамическом бло­ке. Термины «стромальные клетки костного мозга» и «мезенхималь­ные стволовые клетки» часто используют в одном значении.

Прилипающие фибробласты на 98 % Состоят из гомогенной популяции. Клет­ки имеют большой набор поверхностных антигенов, включая SH2 и отрица­тельны по гемопоэтическим и эндотелиальным поверхностным антигенам. Они экспрессируют также фактор транскрипции Cbfal.

Клонирование In vitro показало, что одна мезенхимальная стволовая клетка может дать начало хрящу, либо кости, либо жировым клеткам под действием определенной комбинации факто­ров роста. Сходные популяции мезенхимальных стволовых клеток населяют эндостальную поверхность трабекулярных костей и надкостницу. В период развития плода, когда кальцифицированные хрящи эндохондральных костей разрушаются и васкуляризуются, мезенхимальные стволовые клетки проникают в костномозговую полость. Внедрившиеся мезенхимальные стволовые клетки дифференцируются в остеобласты, которые замещают хрящ костью, и в фибробласты, ретикулярные и жировые клетки стромы костного мозга, а также формируют самообновляющу­юся популяцию мезенхимальных стволовых клеток.

Основная функция костномозговых мезенхимальных стволовых клеток в норме заключается в восстановле­нии стромы и помощи в регенерации костей после перелома. Так, после перелома кости мезенхимальные стволовые клетки надкостницы дифференцируются непосредственно в остеобласты по обеим сторонам разрыва (твердый каллюс). Внутри пространства, которое обра­зовалось после перелома, периостальные, эндостальные и костномозговые мезенхимальные стволовые клетки пролиферируют и дифференцируются в хрящ (мягкий каллюс). Таким же обра­зом они ведут себя, когда в эмбриогенезе закладывается хрящевая матрица для эндохондральных костей. Затем в хрящ прорастают кровеносные сосуды надкостни­цы.

Эндотелиальные стволовые клетки. Кровеносные сосуды регенерируют первич­но за счет компенсаторной гиперплазии эндотелиальных клеток стенки венул. Эндотелиальные стволовые клетки костного мозга также участвуют в этом процессе. Не­большая часть стромальных клеток костного мозга синтезирует антиген, ассоции­рованный с фактором Вилленбранда VIII, маркером эндотелиальных клеток. Моноклональные антитела S2, которые специфически распознают эту подгруппу стромальных клеток, реагируют с клетками капилляров, которые экспрессируют фактор VIII-ассоциированный антиген и другой маркер эндотелиальных клеток — UA1.

Предшественники эндотелиальных клеток, идентифицируемые по их реакции с антителами к CD34 и Flk-антигенам, были выделены из периферической крови человека, кролика и мыши. In vitro эти клетки-предшественники дифференциру­ются в эндотелиальные клетки. Клетки периферической крови, меченные Dil или конститутивно экспрессирующие lacZ-ген и введенные мыше и кролику, вклю­чаются в эндотелий капилляров, регенерирующих в ответ на ишемию, созданную удалением участка бедренной артерии.

Таким образом, регенерация капилляров осуществляется с помощью двух ме­ханизмов. Это отражает важность регенерации кровеносных сосудов для выжива­ния любой восстанавливаемой ткани как при формировании рубца, так и регене­рации.

Мышечные стволовые клетки. Скелетные мышцы содержат стволовые клетки, расположенные между сарколеммой мышечных волокон и окружающей их плас­тинкой. Эти клетки, получившие название «сателитных», были впервые обнару­жены с помощью электронной микроскопии. Затем путем использования ДНК-маркеров было показано, что эти клетки являются источником регенерации мышц. После повреждения мышц они восстанавливают эмбриональную про­грамму путем пролиферации и дифференцировки в мышечные волокна.

Покоящиеся сателитные клетки не экспрессируют bHLH-миогенные факторы, которые регулируют эмбриональный миогенез. В то же время они экспрес­сируют данные факторы в культуре In vitro, но в последовательности, отличающей­ся от таковой, наблюдаемой при образовании мышц в эмбриогенезе. Специфичес­кими маркерами покоящихся сателитных клеток являются ядерный фактор мио­цитов, который может предупредить транскрипцию hHLH-миогенного фактора (MRF), e-met рецептора тирозинкиназы, который играет ключевую роль в активации пролиферации фактором роста гепатоцитов и р130-белка, который ассоциирован с фактором транскрипции E2F для блокировки прогрес­сии клеточного цикла и угнетает дифференцировку культивируемых миобластов путем блокады экспрессии MyoD.