Стволови клетки – настояще и бъдеще
Доц. Р. Митрова, Клиника по педиатрия, УБ „Лозенец” – София
Св. Досев, Първо педиатрично отделение, МБАЛ – Русе
Проучването на стволовите клетки (СК) е една от най-увлекателните и обещаващи области на съвременната биология, но както в повечето развиващи се науки, новите открития поставят много нови научни въпроси и предизвикателства.
Преди повече от 50 години стволовите клетки привличат вниманието на медицинските изследователи със забележителния си потенциал да се диференцират в различни клетъчни линии. През целия живот в много тъкани те служат като вид вътрешна система за възстановяване, делейки се без ограничение, за да попълнят другите линии. При деленето на стволовата клетка всяка нова клетка запазва потенциала или да остане стволова клетка, или да се превърне в друг вид клетка с по-специализирана функция, например мускулна клетка, еритроцит или мозъчна клетка. Това определя изключителното им значение за живите организми. В първите 3 до 5 дни на ембриона, наречен бластоцист, СК клетки развиват цялото тяло, вкл. всички от многото специализирани клетъчни видове и органи като сърце, бели дробове, кожа, сперма, тестиси и други тъкани. В някои зрели тъкани като костен мозък, мускули и мозък дискретна популация от СК генерира заместване на клетки, които са остарели, наранени или заболели.
Всички СК, независимо от произхода им, се различават от другите клетъчни видове по три важни характеристики:
- Способни са да се делят и обновяват понякога и след дълги периоди на инактивитет
За разлика от мускулните, кръвните или нервните клетки, които не се обновяват, СК могат многократно да се обновяват или пролиферират. Една начална популация, пролиферираща няколко месеца в лабораторни условия, може да даде милиони клетки. Ако произведените клетки са неспециализирани като родителските, те се наричат способни за продължително самообновяване.
- Те са неспециализирани клетки
Една от основните им характеристики е, че нямат никакви тъканно-специфични структури, които да им позволят да изпълняват специализирани функции.
- СК могат да произвеждат специализирани клетки
Процесът е известен като диференциация. Докато се диференцира, клетката обикновено преминава през няколко стадия, специализирайки се все повече на всеки етап. Вече са известни сигналите – вътре и извън клетките – отключващи всеки отделен етап. Вътрешните сигнали се контролират от клетъчните гени, които са разпръснати в дългите нишки ДНК и носят кодирана инструкция за всички клетъчни структури и функции. Външните сигнали за клетъчна диференциация включват химически вещества, секретирани от други клетки, контакт със съседните клетки и определени молекули от микросредата. Взаимодействието на сигналите по време на диференциацията позволява на клетъчната ДНК да придобива т.нар. епигенетични белези, които ограничават ДНК експресията в клетката и могат да бъдат предавани по време на клетъчното делене.
Ембрионни стволови клетки
През 1981 г. се открива начин за извличане на ембрионни СК от ранни миши ембриони. След 17 години се въвеждат методи за вземане на клетки от човешки ембрион и отглеждането им в лабораторни условия.Тези клетки са наречени човешки ембрионни стволови клетки (ЕСК).
Адултни стволови клетки
Другият вид СК са адултните или зрелите стволови клетки (АСК), генериращи клетъчните видове на тъканта, от която произхождат. Например кръвно образуващата АСК в костния мозък нормално произвежда многото видове кръвни клетки. Приема се, че тази клетка, известна като хемопоетична стволова клетка (ХСК), не може да развива клетки от много различаващи се тъкани, например нервна клетка в мозъка. АСК са идентифицирани в много органи и тъкани, вкл. мозък, кръвоносни съдове, скелетни мускули, кожа, зъби, сърце, черен дроб, черва, епител от яйчници, тестиси. Смята се, че са разположени в специфична област, наречена „ ниша на СК„. Последни проучвания показват, че в много тъкани някои видове СК съставят най-външния слой на малките кръвоносни съдове. Първичната роля на АСК в организма е да поддържа, поправя и замества износени или повредени тъкани.
Първата успешна костномозъчна трансплантация е осъществена през 1963 г. Пациентът е 25-год. лекар с рецидив на остра лимфобластна левкемия, рефрактерен на химиотерапията. Той получава костен мозък от 6 семейства. Пет години по-късно, през 1968 г., е първата успешна детска трансплантация при 5-год. дете със синдрома на Wiskott-Aldrich. Трансплантацията е осъществена в САЩ, но донорът е възрастен европеец. С първите трансплантации на костен мозък започва и изучаването на AСК.
В костния мозък се откриват два вида СК:
- хемопоетична СК, произвеждаща всички видове кръвни клетки в организма;
- втора популация, наречена костномозъчна стромална или мезенхимна СК, представляваща много малка част от стромалната популация в костния мозък и генерираща костна, хрущялна, мастна и фиброзна съединителна тъкан.
Трансдиференциация
Постепенно към големите трансплантационни центрове се създават специализирани лаборатории, изучаващи стволовите клетки, и започва разработване на задълбочени програми. Научните изследвания на АСК предизвикват големи надежди. Експериментите от последните години показват, че СК от една тъкан могат да развият клетъчни видове от напълно различна тъкан, например мозъчна СК се диференцира в кръвна клетка. Феноменът е описан като трансдиференциация.
Откриват се АСК в много повече тъкани, отколкото се е допускало. От 1990 г. е известно, че мозъкът съдържа СК, генериращи трите главни клетъчни линии – астроцити, олигодендрити и неврони.
Индуцирани плурипотентни стволови клетки (иПСК)
В последващите изследвания (2006) е постигнат още един голям успех, като се идентифицират условията, които биха позволили някои специализирани възрастни клетки да се репрограмират генетично, за да приемат статус на стволови клетки. Този нов тип СК е наречен индуцирани плурипотентни стволови клетки. През 2007 г. са генерирани успешно от човешки фибробласти и демонстрират способност да се диференцират в трите ембрионални зародишни слоевe – ендодерма, мезодерма и ектодерма. За откриването на принципите за въвеждане на специфични генни модификации при мишки чрез използване на ЕСК Mario Capecchi, Martin Evans и Oliver Smithies получават Нобеловата награда за медицина през 2007 г.
Репрограмиране на панкреатични клетки
Усилено се работи върху репрограмирането на панкреатични клетки и вече са произведени подобни на бета-панкреатичните клетки, произвеждащи инсулин. Репрограмираните клетки приличат на бета-клетките по размери и форма, проявяват същите генни характеристика и частично са успели да възстановят регулацията на кръвна захар у мишки, чиито собствени бета-клетки са били унищожени. След доказателствата, че СК съществуват и в сърцето, не спират опитите с трансплантиране на СК за възстановяване на миокарда след инфаркт, както и за създаване на сърдечни биоматериали, чието имплантиране или инжектиране би активирало или подсилило физиологичния регенеративен отговор с прогениторни популации.
Системно лечение с мезенхимни СК при болни с болестта на Crohn
То показва първите обещаващи резултати. Използването на същите СК при заболявания на костите и съединителната тъкан вече е опитано в педиатрията върху малки групи деца. Подобни проучвания при възрастни отчитат благоприятен ефект върху увредените кости и ранната остеонекроза. Не се установява никаква токсичност.
Очаква се с развитието на нови технологии СК да участват при лечението на някои детски болести, невродегенеративни нарушения, регенерацията на увредени тъкани, както и в проучванията на хематопоезата и туморната диференциация.
Буквално преди дни японски учени успяха да създадат в лабораторна среда ретина от ЕСК на мишки. Разбира се, тя не става за директна трансплантация, но получените резултати могат да помогнат при изследване на болестите, причиняващи слепота, както и да допринесат за възстановяване на зрението. Значителен е прогресът в приложните изследвания на ЕСК при някои детски заболявания – хипоксично-исхемичната енцефалопатия, синдроми на костномозъчна недостатъчност, левкемия и вродени сърдечни заболявания. Развити са много нови техники за СК-базирани терапии, осъществява се скрининг на лекарства за тосични въздействия. Макар и все още в ранни фази от развитието си, те неминуемо ще помогнат за осъществяване в недалечно бъдеще на истинското лечение.
Библиографията е на разположение в редакцията
N/A: Пета мултифасетна конференция върху детското развитие