Прошлое, настоящее и будущее стволовых клеток

Стволовые клетки — это неспециализированные клетки человеческого организма. Они способны дифференцироваться в любой тип клеток и обладают высокой способностью к самообновлению. Стволовые клетки существуют как в эмбрионах (эмбриональный тип), так и во взрослом организме (соматический тип). Выделяют несколько классов специализации по потенциалу к дифференцированию.

Так, плюрипотентные стволовые клетки (ПСК) образуют клетки всех зародышевых листков, кроме внеэмбриональных структур (плацента). Одним из примеров являются эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) из внутренней клеточной массы доимплантационных эмбрионов. Другой пример — индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные из слоя эпибласта имплантированных эмбрионов. Кроме того, в ходе недавнего весомого открытия, получение ИПСК возможно путем искусственного генерирования из соматических клеток, что перспективно для использования в регенеративной медицине.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

В свою очередь унипотентные стволовые клетки характеризуются самой узкой способностью к дифференцировке (могут образовывать только один тип клеток, прим. дерматоциты).Они обладают особым свойством многократного деления, что также делает их многообещающим кандидатом для терапевтического использования в регенеративной медицине.

Соматические стволовые клетки обеспечивают заживление, рост и замену клеток, которые погибают каждый день во взрослом организм, обладают ограниченным диапазоном вариантов дифференциации.

Среди множества типов выделяют основные:

  • Мезенхимальные стволовые клетки присутствуют во многих тканях. В костном мозге эти клетки дифференцируются в основном в костные, хрящевые и жировые клетки. Они являются исключением, поскольку действуют плюрипотентно и могут специализироваться на клетках любого зародышевого листка. 
  • Нейрональные клетки дают начало нервным клеткам и поддерживающим их клеткам — олигодендроцитам и астроцитам.
  • Гематопоэтические стволовые клетки образуют все виды клеток крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.
Нейрональные клетки

Нейрональные клетки

Хотя плюрипотентность может возникать естественным образом только в эмбриональных стволовых клетках, соматические стволовые клетки возможно репрограммировать обратно в плюрипотентные клетки. Процесс прямого репрограммирования превращает дифференцированные соматические клетки в линии ИПСК, которые могут уже далее образовывать все типы клеток организма.

Стволовые клетки в медицине

Стволовые клетки обладают огромным потенциалом и могут стать одним из важнейших аспектов медицины. Они играют большую роль в развитии регенеративной медицины, для лечения многих серьезных заболеваний, такие как врожденные дефекты или рак. В настоящее время возможно лечение стволовыми клетками травм спинного мозга, сердечной недостаточности, дегенерации сетчатки глаза, разрывов сухожилий и диабета 1 типа. Исследования стволовых клеток также помогают в понимании их физиологии и, как результат, поиску новых способов терапии неизлечимых болезней.

Гематопоэтические стволовые клетки (ГСК) являются наиболее тщательно изученными (более 50 лет) тканеспецифичными стволовыми клетками и наиболее часто используются в клеточной терапии. Забор клеток обычно происходит из костного мозга, периферической крови или пуповинной крови. ГСК ответственны за генерацию всех функциональных гематопоэтических клеток крови, включая эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Трансплантация ГСК используется при таких заболеваниях, как лейкемия и анемия. Поскольку трансплантация ГСК имеет многофакторный характер ее следует проводить в первую очередь пациентам с опасными для жизни заболеваниями.

Гематопоэтические стволовые клетки

Гематопоэтические стволовые клетки

Наиболее распространенными и часто используемыми исходными тканями для получения (мезенхимальных) стромальных стволовых клеток (МСК) человека являются костный мозг и стромальная сосудистая фракция жировой ткани. МСК обладают врожденным тропизмом к поврежденным участкам и в ответ на сигналы повреждения секретируют множество медиаторов восстановления тканей, включая антиапоптотические, противовоспалительные, иммуномодулирующие, антифиброзные и ангиогенные агенты. В настоящее время типичная терапевтическая доза МСК составляет 100 миллионов клеток (~ 400 мкл). Очевидно, что текущая доза МСК предназначена как раз для инициирования или усиления ответной реакции организма.

Пуповина, как известно, также богата МСК. Благодаря криоконсервации сразу после рождения выделенные стволовые клетки можно успешно хранить и использовать в терапии для предотвращения будущих заболеваний конкретного пациента.

Стволовые клетки, обнаруженные в молочных зубах (SHED), обладают способностью развиваться в большее количество типов тканей тела. Методы их забора, выделения и хранения просты и неинвазивны. В отличие от стволовых клеток пуповинной крови, они способны регенерироваться в твердые ткани, такие как соединительная, нервная, зубная или костная ткань.

Благодаря терапии стволовыми клетками можно не только отсрочить прогрессирование неизлечимых нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера (БА) и болезнь Хантингтона, но и, устранить источник проблемы. Открытие нейрональных стволовых клеток (НСК) опровергло идею о том, что ЦНС не способна к нейрогенезу. НСК клетки способны улучшать когнитивные функции в доклинических моделях БА на грызунах. Также клинически полученные ИПСК человека из кожных биопсий используются для разработки подхода на основе НСК для лечения БА. 

Подводя итог, влияние стволовых клеток в регенеративной медицине и трансплантологии огромно. В настоящее время неизлечимые нейродегенеративные заболевания могут поддаваться лечению. Индуцированная плюрипотентность позволяет использовать собственные клетки пациента. Банки тканей дают возможность сохранять клетки для борьбы с теперешними и будущими заболеваниями. Таким образом, благодаря клеточной терапии и всем ее регенеративным преимуществам мы можем продлить и улучшить жизнь человека уже сегодня.

Литература:

  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)