2. Багатоклітинні організми зі справжніми тканинами.

Тканина — це сукупність клітин, не обов’язково ідентичних, але спільного походження, що разом виконують спільну функцію.

Найкращий розвиток тканин притаманний тришаровим тваринам і наземним рослинам. Головною перевагою наявності тканин є їх спеціалізація для виконання певних функцій. Це допомагає організмам більш ефективно виживати в складних умовах.

Так, після виходу на сушу рослинам довелося вирішувати кілька завдань, які потребували протилежних властивостей організму. З одного боку, їм треба було надійно закріплюватися у ґрунті й ефективно одержувати з нього воду й мінеральні речовини. З іншого — їм треба було ефективно здійснювати фотосинтез для забезпечення своїх потреб у органічних речовинах. Ці завдання вдалося виконати шляхом спеціалізації окремих тканин, які створили певні органи. Фотосинтезуюча тканина знаходиться в листках або стеблі й пристосована для ефективного фотосинтезу, хоча добувати мінеральні речовини не може. А покривна тканина коренів утворює кореневі волоски й ефективно забезпечує організм водою та мінеральними речовинами, хоча й не здатна до фотосинтезу. Для успішної кооперації цих тканин задіяні провідні тканини, а для створення резерву поживних речовин — запасаючі.

Аналогічна ситуація й у тварин. Їх м’язові тканини забезпечують рухи тіла, сполучні — створюють опорні структури організму, резерви потрібних речовин і виконують захисні та транспортні функції. Нервова тканина спеціалізується на функціях управління, а епітеліальна — на покривних і секреторних функціях.

Основні типи тканин рослин і тварин

Тип тканин	Основні функції
Типи тканин рослин
Меристематичні	Забезпечують ріст
Покривні	Захищають від зовнішніх впливів і забезпечують водою й мінеральними речовинами
Основні	Виконують функції фотосинтезу, опори та запасання резервних речовин
Провідні	Забезпечують зв’язок між різними тканинами й органами рослини
Типи тканин тварин
Сполучна	Створюють опорні структури організму, резерви потрібних речовин і виконують захисні й транспортні функції
Нервова	Виконують функції управління і координації роботи тканин і органів, а також забезпечують узаємодію з іншими організмами
М’язова	Забезпечують рухову активність тіла та його окремих частин і органів
Епітеліальна	Виконує покривні й секреторні функції

3. Стовбурові клітини. Диференціація клітин.

Диференціа́ція кліти́н, в біології розвитку,— процес, у якому клітини отримують певний тип або «фенотип». Морфологія клітини та картина експресії генів можуть значно змінитися протягом диференціації, але генетичний матеріал зазвичай залишається без змін (хоча і з цього правила є нечисленні винятки).

Такі клітини називаються стовбуровими клітинами у тварин і меристематичними клітинами (клітинами твірної тканини) у вищих рослин. Клітина, яка може диференціюватися у всі клітинні типи, властиві даному організму, називається тотипотентною. У ссавців тільки зигота і ранні ембріональні клітини є тотипотентними, тоді як у рослин багато навіть диференційованих клітин можуть стати тотипотентними в лабораторних умовах.

Стовбурові клітини, також відомі як штамові клітини— це первинні клітини, що зустрічаються в усіх багатоклітинних організмах. Ці клітини можуть самовідновлюватися шляхом поділу клітини, а також можуть дифференціюватися в досить велику кількість спеціалізованих типів клітин. Дослідження стовбурових клітин людини розпочалося з відкриття канадських учених Ернеста Мак Кулоха (Ernest A. McCulloch) та Джеймса Тілла (James E. Till) у 1960.

Існують дві досить широкі категорії стовбурових клітин ссавців: ембріональні стовбурові клітини, що походять безпосередньо від бластоцисти, та стовбурові клітини дорослого організму, що знаходяться у зрілих тканинах. У ембріонах, що розвиваються, стовбурові клітини можуть дифференціюватися в усі спеціалізовані ембріональні тканини. Стовбурові клітини дорослого організму діють як репараційна система для тіла, підтримуючи потрібну кількість спеціалізованих клітин.

Оскільки стовбурові клітини можна вирощувати та програмувати на спеціалізацію (наприклад, отримати м'язи чи нервову тканину) завдяки методу клітинних культур, їх стали вживати для лікування хворих (це так звана Клітинна терапія). Кістковий мозок може бути одним із джерел стовбурових клітин.

Особливість стовбурових клітин полягає у тому, що вони мають такі основні властивості:

• Самовідновлення— здатність проходити величезну кількість клітинних циклів клітинного поділу і залишатися недифференційованими.

• Безмежні можливості— можливість диффенціюватися у будь-який клітинний тип. Це робить стовбурові клітини тотипотентними чи плюрипотентними, хоча деякі мультипотентні чи навіть уніпотентні попередники деяких клітинних ліній теж часом називають стовбуровими клітинами.

Ці якості можна підтвердити in vitro за допомогою такого методу, як аналіз клонів, де аналізуються нащадки однієї клітини. Проте, in vitro умови клітинної культури можуть змінювати поведінку клітин, тому з таких експериментів до кінця не відомо, чи будуть стовбурові клітини поводити себе таким самим чином в умовах in vivo. Навіть часом мають місце дебати, чи можна вважати дійсно стовбуровими клітинами деякі запропоновані популяції дорослих клітин?

Потенціал стовбурових клітин— це можливість їхнього перетворення на дифференційовані типи клітин.

• Тотипотентні стовбурові клітини отримують унаслідок злиття сперматозоїду з яйцеклітиною. Клітини, що утворюються внаслідок декількох перших поділів заплідненої яйцеклітини теж тотипотентні. Ці клітини можуть перетворитися на ембріональні та екстраембріональні (поза-ембріональні) типи клітин.

• Плюрипотентні стовбурові клітини походять від тотипотентних клітин і можуть утворити клітини трьох зародкових шарів.

• Мультипотентні стовбурові клітини можуть утворювати лише близькі типи клітин (наприклад, гематопоетичні стовбурові клітини утворюють червоні кров'яні тільця, білі кров'яні тільця, тромбоцити тощо).

• Уніпотентні стовбурові клітини можуть перетворитися лише на один тип клітин, але мають здатність до самовідтворення, що відрізняє їх від «не стовбурових» клітин.

Ембріональні стовбурові клітинні лінії— це культури клітин, що походять від тканин епібласту (внутрішньої клітинної маси бластоцисти). Бластоциста— це ранній ембріон (приблизно 4— 5 день ембріону людини); містить від 50 до 150 клітин. ЕС клітини є плюрипотентними, вони дають початок усім трьом шарам ембріону: ектодермі, ендодермі та мезодермі. Іншими словами, вони можуть перетворитися на усі типи клітин дорослого організму (тобто понад 200 типів клітин) під дією необхідних стимулів. ЕС клітини не можуть утворити екстраембріональні (позаембріональні) оболонки чи плаценту.

Без стимулів до дифференціації ЕС клітини будуть продовжувати поділ in vitro; кожна дочірня клітина зостанеться плюрипотентною. Плюрипотенція ЕС клітин була перевірена як in vitro, так і in vivo. Тобто, ці клітини дійсно можна назвати стовбуровими клітинами.

Завдяки своїм здібностям до безмежного розвитку і плюрипотентності ембріональні стовбурові клітини є потенційним матеріалом для регенеративної медицини і заміщення тканин після поранень чи хвороб. Сьогодні немає жодної достовірної інформації щодо медичного використання ембріональних стовбурових клітин. Це не дивно, зважаючи на те, що багато країн увели мораторій як на дослідження ЕС клітин, так і на одержання нових ліній ЕС клітин.

Стовбурові клітини дорослого організму— це недифференційовані клітини, що розповсюджені по всьому тілу. Вони розмножуються і заміщують клітини, що померли, та відновлюють пошкоджені тканини тіла. Ці клітини відносяться до соматичних (від грецького слова Σωματικóς, тобто тіло) стовбурових клітин; вони знаходяться у тілах як дітей, так і дорослих.

Основні дослідження стовбурових клітин дорослого організму пов'язані з визначенням їхньої здібності до необмеженого самовідтворення та їхнього потенціалу дифференціюватися. Багато клітинних ліній, що звуться стовбуровими клітинами дорослого організму, краще було б визначити як клітини-попередники, бо вони мають обмежені здібності до дифференціювання.

Але все ж таки деякі мультипотентні чи навіть уніпотентні клітини-попередники у дорослому організмі можуть мати велике значення у регенеративній медицині. Уживання стовбурових клітин дорослого організму у дослідженнях та в медицині не викликає такі етичні питання, як уживання ембріональних стовбурових клітин. Одержання стовбурових клітин дорослого організму не пов'язане зі знищенням ембріону. На відміну від досліджень ембріональних стовбурових клітин, на дослідження стовбурових клітин дорослого організму виділяються значні кошти. Стовбурові клітини дорослого організму виділяють з тканин дорослих. Такі дослідження здебільшого проводилися із клітинами людини та модельних тварин — миші й пацюка.