3. Ембріональні стовбурові клітини

Ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) утворюються з внутрішньої клітинної маси на ранній стадії розвитку зародка - бластоцисти. Зародок людини досягає стадії бластоцисти на стадії 4-5 днів після запліднення, бластоцист людини складається з 50-150 клітин.

Ембріональні стовбурові клітини є плюрипотентними. Це означає, що вони можуть диференціюватися в усі три первинні зародкові листки: ектодерму, ентодерму і мезодерму. Таким чином утворюються більш 220 видів клітин. Властивість плюрипотентності відрізняє ембріональні стовбурові клітини від поліпотентних клітин, які можуть дати початок лише обмеженій кількості видів клітин. У відсутність стимулів до диференціації in vitro, ембріональні стовбурові клітини можуть підтримувати плюрипотентність протягом багатьох клітинних поділів. Наявність плюрипотентних клітин у дорослого організму залишається об'єктом наукових дискусій, хоча дослідження показали, що існує можливість утворення плюрипотентних клітин з фібробластів дорослої людини.

Зважаючи на пластичність і потенційно необмежений потенціал самовідновлення, ембріональні стовбурові клітини мають перспективи застосування в регенеративній медицині та заміщенні пошкоджених тканин. Однак у даний момент не існує жодного медичного застосування ембріональних стовбурових клітин. Стовбурові клітини дорослих організмів і стовбурові клітини спинного мозку використовуються для терапії різних захворювань. Деякі захворювання крові та імунної системи (у тому числі генетичні) можуть бути вилікувані такими неембріональними стовбуровими клітинами. Розробляються методи лікування за допомогою стовбурових клітин таких патологій, як онкологічні захворювання, юнацький діабет, синдром Паркінсона, сліпота і порушення роботи спинного мозку.

Існують як етичні, так і технічні труднощі, пов'язані з трансплантацією гематопоетичних стовбурових клітин. Ці проблеми пов'язані, в тому числі, з гістосумісністю. Такі проблеми можуть бути дозволені при використанні власних стовбурових клітин або шляхом терапевтичного клонування.

Тотіпотентність - здатність утворювати будь-яку з приблизно 350 типів клітин організму (у ссавців).

Хоумінг - здатність стовбурових клітин, при введенні їх в організм, знаходити зону пошкодження і фіксуватися там, виконуючи втрачену функцію.

Фактори, які визначають унікальність стовбурових клітин, знаходяться не в ядрі, а в цитоплазмі. Це надлишок мРНК всіх 3 тисяч генів, які відповідають за ранній розвиток зародка.

В даний час лінії плюрипотентних клітин людини отримують з двох джерел за допомогою методів, відпрацьованих на тваринних моделях:

а) плюрипотентні клітини виділяють безпосередньо з внутрішньої клітинної маси ембріона людини на стадії бластоцисти. Сам ембріональний матеріал отримували у великих кількостях в клінічних, а не дослідницьких цілях для здійснення екстракорпорального запліднення, щоразу просячи дозвіл на його використання у обох донорів. Клітини внутрішньої клітинної маси культивували і отримували лінію плюрипотентних клітин.

б) Інша група дослідників виділяла плюрипотентні клітини з тканини плоду. Дозвіл на це давалося обома подружжям вже після того, як вони самі прийняли рішення перервати вагітність. Клітини відбиралися з тієї області плоду, яка повинна була розвинутися в яєчники або насінники.

Незважаючи на те що плюрипотентні клітини в двох зазначених випадках походили з різних джерел, отримані клітинні лінії були ідентичними.

Ще одним способом отримання плюрипотентних клітин може стати метод, заснований на перенесенні в енуклеїрованну (позбавлену ядра) яйцеклітину ядра соматичної клітини. Відповідні досліди вже проведені на тваринах. Сама яйцеклітина з новим ядром і її безпосередні «нащадки» здатні за відповідних умов розвинутися в повноцінний організм, тобто є тотіпотентними. З них формується бластоциста, яка і служить джерелом плюрипотентних клітин.

Ізольовані плюрипотентні клітини людини - дуже цінний матеріал для дослідників і клініцистів. Експерименти з їх використанням можуть допомогти розібратися в найскладніших процесах розвитку людського організму, і перш за все в тому, що саме впливає на прийняття клітиною рішення про перехід від стадії зростання і ділення до стадії диференціювання. Відомо, що ключовим моментом тут є «включення» і «виключення» специфічних генів, але ми мало що знаємо і про самі ці гени, і про те, які події передують їх переключенню. Розібравшись у функціонуванні клітини в нормі, ми зуміємо зрозуміти, які збої в її роботі приводять до фатальних для організму наслідків.

Виділення плюрипотентних клітин людини відкриває нові можливості перед дослідниками, які займаються пошуками нових лікарських речовин і їх тестуванням. Різноманітні клітинні лінії (наприклад, лінії ракових клітин) використовуються в цих цілях вже зараз, а культура плюрипотентних клітин дозволяє проводити тестування відразу на декількох типах клітин. Це не замінює тестування на рівні цілого організму, але значно полегшує пошук нових лікарських речовин.

Одне із самих вражаючих застосувань плюрипотентних клітин людини - це так звана «клітинна терапія». Багато захворювань людини обумовлюються порушенням функціонування клітин або цілих органів, і сьогодні для усунення дефекту в таких випадках використовується метод трансплантації. На жаль, нерідко пошкодження носять множинний характер, і замінити всі порушені ними органи не представляється можливим. Плюрипотентні клітини, стимульовані до диференціювання з утворенням строго спеціалізованих клітин, можуть служити поновлюваним джерелом не порушених ураженням клітин, що заміщають ті, що вибули з ладу дефектні клітини. Це відкриває широкі можливості для лікування найрізноманітніших захворювань людини, включаючи такі серйозні, як хвороба Паркінсона, хвороба Альцгеймера, серцево-судинні захворювання, ревматоїдний артрит, діабет та інші.

Незважаючи на всю перспективність описаного підходу, пройде ще чимало часу, перш ніж його вдасться застосувати в клініці. По-перше, необхідно з'ясувати, які події передують переходу клітини в організмі людини до стадії диференціювання; тільки тоді ми зможемо цілеспрямовано змінювати хід подій, щоб отримати з плюрипотентних клітин саме ті, які потрібні для трансплантації. По-друге, перш ніж вводити культивовані клітини в організм людини, слід вирішити проблему імунологічного відторгнення. Оскільки плюрипотентні клітини, взяті з бластоцисти або тканини плоду, навряд чи будуть ідентичні клітинам реципієнта, необхідно навчитися модифікувати їх для мінімізації цієї відмінності або створити банк тканин.

У деяких випадках проблему несумісності вдається вирішити, використовуючи метод перенесення ядра соматичної клітини. Припустимо, що пацієнт страждає прогресуючою серцевою недостатністю. Якщо взяти у нього будь-яку соматичну клітину і ввести її ядро ​​в енуклеїровану яйцеклітину-реципієнт, ми отримаємо химерну яйцеклітину, у якої практично весь генетичний матеріал ідентичний такому як у пацієнта. З неї можна отримати бластоцисти, а потім, відібравши клітини внутрішньої клітинної маси, - плюрипотентні клітини. Останні можна стимулювати до утворення клітин серцевого м'яза, ідентичних в генетичному відношенні нормальним клітинам пацієнта, і імплантувати їх хворому без необхідності піддавати його імуносупресорній терапії, чреватої серйозними наслідками.

Ще більш вражаюче застосування стовбурових клітин людини - генна терапія ex vivo. У цьому випадку в організм хворого можна інфузувати не звичайні стовбурові клітини, а генетично модифіковані, які заміщають дефектні клітини або заповнюють недолік продукту того гена, який включений в геном інфузуючих клітин. Стовбурові клітини можна отримувати від самого пацієнта або від сумісних з ним донорів. Слід зазначити, однак, що генна терапія ex vivo із застосуванням стовбурових клітин людини робить лише перші кроки. Набагато більш реальним є використання модифікованих ембріональних стовбурових клітин для створення трансгенних тварин. Відповідні експерименти вже широко проводяться на мишах. Спочатку одержують ембріональні стовбурові клітини з внутрішньої клітинної маси бластоцисти миші. Їх генетично модифікують (трансформують) за допомогою вектора, який несе потрібний ген (трансгени), культивують і відбирають тим або іншим способом. Популяцію трансфіцированих клітин знову культивують і вводять в бластоцисти, які потім імплантують в матку «сурогатної» матері. Схрещуючи тварин, що несуть трансгени в клітинах зародкової лінії миші, отримують лінію трансгенних мишей. У геном стовбурової клітини можна не тільки вмонтувати корисний ген, що кодує який-небудь необхідний організму продукт, але й спрямованим чином вивести з ладу («нокаутувати») ген, що кодує, наприклад, який-небудь токсин. Трансгенних мишей з порушеннями в певному гені широко використовують в якості моделі для вивчення захворювань людини на молекулярному рівні [2].