Минуле, сьогодення і майбутнє стовбурових клітин

• Тотипотентні стовбурові клітини: можуть перетворитися на ембріональні та позаембріональні типи клітин.
• Плюрипотентні стовбурові клітини: утворюють клітини трьох зародкових шарів.
• Мультипотентні стовбурові клітини: утворюють лише близькі типи клітин.
• Уніпотентні стовбурові клітини: мають здатність перетворюватися лише на один тип клітин та самовідтворюватися.

Так, плюрипотентні стовбурові клітини (ПСК) утворюють клітини всіх зародкових листків, крім позаембріональних структур (плацента). Одним із прикладів є ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) з внутрішньої клітинної маси доімплантаційних ембріонів. Інший приклад – індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (ІПСК), отримані з шару епібласту імплантованих ембріонів. Крім того, нещодавнє вагоме відкриття довело, що отримання ІПСК можливе шляхом штучного генерування із соматичних клітин, що перспективно для використання в регенеративній медицині.

Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини

Уніпотентні стовбурові клітини характеризуються вузькою здатністю до диференціювання (можуть утворювати лише один тип клітин, прим. Дерматоцити)  .Вони мають особливу властивість багаторазового поділу, що також робить їх багатообіцяючим кандидатом для терапевтичного використання в регенеративній медицині.

Соматичні стовбурові клітини забезпечують загоєння, зростання і заміну клітин, які гинуть щодня в дорослому організмі, та мають обмежений діапазон варіантів диференціації.

• Мезенхімальні стовбурові клітини присутні у багатьох тканинах. В кістковому мозку ці клітини диференціюються в основному в кісткові, хрящові і жирові клітини. Вони є винятком, оскільки діють плюрипотентно і можуть спеціалізуватися на клітинах будь-якого зародкового листка.
• Нейрональні клітини дають початок нервовим клітинам і клітинам, що їх підтримують – олігодендроцитам і астроцитам.
• Гематопоетичні стовбурові клітини утворюють всі види клітин крові: еритроцити, лейкоцити і тромбоцити.

Нейрональні клітини

Хоча плюріпотентність може виникати природним чином тільки в ембріональних стовбурових клітинах, соматичні стовбурові клітини можливо репрограмувати назад в плюрипотентні клітини. Процес прямого репрограмування перетворює диференційовані соматичні клітини в лінії ІПСК, які можуть вже далі утворювати всі типи клітин організму.

Ембріональні стовбурові клітини виникають в організмі одразу після запліднення і мають здатність безкінечно відтворюватися. Це плюрипотентні клітини, що можуть утворювати більше ніж 200 типів клітин дорослого організму (крім позаембріональних).  

Фетальні стовбурові клітини виникають на 5-9 тижні вагітності і можуть пройти обмежену кількість поділів та утворити спеціалізовані клітини.

Соматичні стовбурові клітини (клітини дорослого організму) характеризуються тим, що можуть утворювати обмежену кількість видів клітин або перетворюватися на клітини лише одного виду.

Знання по властивості стовбурових клітин дозволяють розвіювати багато страхів та міфів навколо регенеративної медицини, особливо що стосується утворення пухлин. Так, в регенеративній медицині використовуються лише мультипотентні стовбурові клітини, постнатального походження або соматичні клітини (отримані із дорослого організму). Саме такі клітини не здатні спричинити утворення пухлин, що підтверджено доклінічними та клінічними дослідженнями. Ембріональні стовбурові клітини не застосовуються в терапії саме через їхню плюрипотентність.  

Застосування стовбурових клітин контролюється U.S. FDA (Food and Drug Administration) та іншими організаціями.

Стовбурові клітини мають величезний потенціал і можуть стати одним з найважливіших аспектів медицини. Вони відіграють велику роль у розвитку регенеративної медицини, для лікування багатьох серйозних захворювань, таких як вроджені дефекти або рак. В даний час можливе лікування стовбуровими клітинами травм спинного мозку, серцевої недостатності, дегенерації сітківки ока, розривів сухожиль і діабету 1 типу. Дослідження стовбурових клітин також допомагають в розумінні їхньої фізіології і, як результат, пошуку нових способів терапії невиліковних хвороб.

Гематопоетичні стовбурові клітини (ГСК) є найбільш ретельно вивченими (понад 50 років) тканеспецифічними стовбуровими клітинами і найчастіше використовуються в клітинній терапії. Забір клітин зазвичай відбувається з кісткового мозку, периферичної крові або пуповинної крові. ГСК відповідальні за генерацію всіх функціональних гематопоетичних клітин крові, включаючи еритроцити, лейкоцити і тромбоцити. Трансплантація ГСК використовується при таких захворюваннях, як лейкемія і анемія. Оскільки трансплантація ГСК має багатофакторний характер її слід проводити в першу чергу пацієнтам з небезпечними для життя захворюваннями.

Гематопоетичні стовбурові клітини

Найбільш поширеними і часто використовуваними вихідними тканинами для отримання (мезенхімальних) стромальних стовбурових клітин (МСК) людини є кістковий мозок і стромальна судинна фракція жирової тканини. МСК мають вроджений тропізм до ушкоджених ділянок і у відповідь на сигнали ушкодження секретують безліч медіаторів відновлення тканин, включаючи антиапоптотичні, протизапальні, імуномодулюючі, антифіброзн і ангіогенні агенти. В даний час типова терапевтична доза МСК становить 100 мільйонів клітин (~ 400 мкл). Очевидно, що поточна доза МСК призначена якраз для ініціювання або посилення відповідної реакції організму.

Пуповина, як відомо, також багата на МСК. Завдяки кріоконсервації відразу після народження виділені стовбурові клітини можна успішно зберігати і використовувати в терапії для запобігання майбутніх захворювань конкретного пацієнта.

Стовбурові клітини, виявлені в молочних зубах (SHED), мають здатність розвиватися в більшу кількість типів тканин тіла. Методи їхнього забору, виділення і зберігання прості і неінвазивні. На відміну від стовбурових клітин пуповинної крові, вони здатні регенерувати в тверді тканини, такі як сполучна, нервова, зубна або кісткова.

Завдяки терапії стовбуровими клітинами можна не тільки відстрочити прогресування невиліковних нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Паркінсона, Альцгеймера і Хантінгтона, але і, усунути джерело проблеми. Відкриття нейрональних стовбурових клітин (НСК) спростувало ідею про те, що ЦНС не здатна до нейрогенезу. НСК клітини здатні покращувати когнітивні функції в доклінічних моделях хвороби Альцгеймера на гризунах. Також клінічно отримані ІПСК людини з кожних біопсій використовуються для розробки підходу на основі НСК для лікування Альцшеймера.

Резюмуючи: роль стовбурових клітин в регенеративній медицині і трансплантології величезна. В даний час невиліковні нейродегенеративні захворювання можуть піддаватися лікуванню. Індукована плюрипотентність дозволяє використовувати власні клітини пацієнта. Банки тканин дають можливість зберігати клітини для боротьби з теперішніми і майбутніми захворюваннями. Таким чином, завдяки клітиній  терапії і всім її регенеративним перевагам ми можемо подовжити та покращити життя людини вже сьогодні.

1. Zakrzewski, W., Dobrzyński, M., Szymonowicz, M. et al. Stem cells: past, present, and future. Stem Cell Res Ther 10, 68 (2019).
2. Pittenger, M.F., Discher, D.E., Péault, B.M. et al. Mesenchymal stem cell perspective: cell biology to clinical progress. npj Regen Med 4, 22 (2019).
3. Hmadcha Abdelkrim, Martin-Montalvo Alejandro, Gauthier Benoit R., Soria Bernat, Capilla-Gonzalez Vivian. Therapeutic Potential of Mesenchymal Stem Cells for Cancer Therapy. Front. Bioeng. Biotechnol., 8 (2020)