Регенерация тканей и органов с помощью стволовых клеток: будущее медицины уже здесь

(перевод статьи The Use of Stem Cells for Treatment of Diseases)

Стволовые клетки - это особый тип клеток, которые могут превращаться во все остальные типы клеток и формировать органы тела, от костей, почек и печени до крови и мозга. Благодаря их уникальным особенностям их используют для лечения различных заболеваний и травм, таких как сердечные заболевания, диабет, болезнь Паркинсона и повреждения спинного мозга. Они могут использоваться для регенерации тканей и органов, а также в косметических процедурах для омоложения кожи и волос, потому что способны стимулировать рост новых клеток и улучшать качество кожи.

Наше тело состоит из триллионов клеток. Однако на самой ранней стадии развития мы были эмбрионами, состоящими лишь из крошечного сгустка клеток. Клетки эмбриона находятся в примитивном состоянии, и мы называем их эмбриональными стволовыми клетками (клетка, способная образовывать все различные типы клеток, имеющиеся в организме). Эмбриональные стволовые клетки могут развиваться в три типа клеток, называемых эктодермальными стволовыми клетками (клетки кожи, нейроны), эндодермальные стволовые клетки (клетки легких, щитовидной железы, поджелудочной железы), и мезодермальные стволовые клетки (из которых далее - клетки крови, мышцы, кости, жир, хрящи).

Однако даже в организме детей, взрослых и пожилых людей мы находим несколько типов стволовых клеток. Эти стволовые клетки могут образовывать некоторые, но не все из 200 различных типов клеток. Стволовые клетки, присутствующие в костном мозге, называются гемопоэтическими стволовыми клетками (клетки, образующие эритроциты и различные типы лейкоцитов). Они являются материнскими клетками для клеток крови, включая эритроциты, переносящие кислород по организму, и несколько типов белых кровяных телец, формирующих иммунную систему. Иммунная система имеет огромное значение для защиты нашего организма от вирусов и бактерий. Однако иммунная система может быть и причиной болезни, например, при аутоиммунных заболеваниях (заболевание, при котором иммунная система атакует собственный организм), когда белые кровяные тельца атакуют собственное тело человека. В случае трансплантации органов иммунная система ответственна за отторжение пересаженного органа.

Другие типы стволовых клеток находятся в различных местах организма. В частности, мы можем обнаружить популяции стволовых клеток в органах, которые обычно очень быстро восстанавливаются. Клеточные слои внутренней поверхности кишечника обновляются каждые несколько дней за счет стволовых клеток, находящихся в кишечнике. Эти стволовые клетки делятся, и новые клетки (так называемые дочерние) образуют новые слои клеток кишечника. Наружные слои кожи также постоянно обновляются, и за этот процесс отвечают стволовые клетки кожи. Наконец, по всему организму можно найти так называемые мезенхимальные стволовые клетки (клетки, из которых образуются жировые, костные, хрящевые и мышечные клетки). Эти клетки образуют костные, хрящевые, жировые и мышечные клетки.

Как уже говорилось выше, эмбриональные стволовые клетки присутствуют в очень молодых эмбрионах - точнее, в эмбрионах недельного возраста. В новорожденных эмбриональные стволовые клетки уже не встречаются. В будущем эмбриональные стволовые клетки могут стать важным методом терапии для восстановления органов.

В настоящее время все еще существуют вопросы относительно безопасности такого лечения, однако уже проведены первые испытания на людях по восстановлению поврежденных глаз с помощью клеток, полученных из эмбриональных стволовых клеток.

Недостатком эмбриональных стволовых клеток является то, что их приходится собирать из эмбрионов. Такие эмбрионы получают в результате процедуры экстракорпорального оплодотворения (метод, используемый для оплодотворения яйцеклеток сперматозоидами вне организма). Экстракорпоральное оплодотворение - это метод, при котором яйцеклетки оплодотворяются сперматозоидами вне организма. Через несколько дней из оплодотворенных яйцеклеток образуются крошечные эмбрионы, которые затем помещаются обратно в организм матери. Иногда это делается для людей, которые не могут легко забеременеть естественным образом. Эмбрионы, полученные в результате экстракорпорального оплодотворения и не помещенные в организм матери, иногда могут быть использованы для выделения эмбриональных стволовых клеток.

Существует и другой метод получения эмбриональных стволовых клеток, не связанный с использованием эмбрионов. В 2006 году профессор Яманака из Японии открыл метод превращения клеток взрослых людей в стволовые клетки, обладающие свойствами эмбриональных стволовых клеток. Таким образом, эти стволовые клетки способны образовывать все 200 типов клеток, как и эмбриональные стволовые клетки, но их преимущество заключается в том, что для получения этих клеток не требуется эмбрион. За свое открытие профессор Яманака получил Нобелевскую премию в 2012 году!

Помимо эмбриональных стволовых клеток, существуют и другие типы стволовых клеток, которые присутствуют в организме детей и взрослых. Единственный тип стволовых клеток, который сегодня широко используется в больницах в качестве терапии, - это гемопоэтические (или кровяные) стволовые клетки. Людей с раком костного мозга (лейкемией) лечат химиотерапией, чтобы уничтожить все раковые клетки. В результате лечения все важные кроветворные стволовые клетки пациента также погибают. Для замещения стволовых кроветворных клеток после химиотерапии часть стволовых клеток собирается из костного мозга пациентов до начала химиотерапии и хранится в морозильной камере. После лечения гемопоэтические стволовые клетки возвращаются пациенту. Эти клетки будут делиться до тех пор, пока не появится достаточное количество стволовых клеток, которые затем образуют красные и белые кровяные тельца и формируют функциональную иммунную систему. Если сбор собственных гемопоэтических стволовых клеток пациента невозможен, люди получают гемопоэтические стволовые клетки от подходящего донора.

Мезенхимальные стволовые клетки содержатся в любом органе, который только можно себе представить, включая костную и жировую ткань, легкие, сердце и мозг. Функция мезенхимальных стволовых клеток заключается, во-первых, в восстановлении организма путем превращения в клетки, образующие соединительную, жировую и костную ткани. Во-вторых, мезенхимальные стволовые клетки помогают другим клеткам организма. Для этого они вырабатывают соединения, которые помогают другим клеткам выживать и делиться. Третья функция мезенхимальных стволовых клеток заключается в том, что они могут останавливать иммунные реакции. В случае иммунного ответа на инфекцию мезенхимальные стволовые клетки следят за тем, чтобы иммунный ответ не вышел из-под контроля.

Мезенхимальные стволовые клетки испытываются в качестве экспериментальных препаратов для лечения различных заболеваний. Способ введения мезенхимальных стволовых клеток пациентам зависит от заболевания, для лечения которого они используются. Когда мезенхимальные стволовые клетки используются для восстановления переломов костей, они помещаются внутрь перелома. Сначала клетки помещаются на структуру, которая поддерживает клетки. Эти структуры представляют собой трехмерные строительные блоки с множеством мелких пор, чтобы клетки могли проникать внутрь структуры. После того как клетки хорошо приживутся в структуре, ее можно поместить в костный перелом. В переломе стволовые клетки образуют костную ткань и способствуют заживлению перелома. Когда мезенхимальные стволовые клетки используются для остановки аутоиммунных реакций или иммунных реакций против пересаженных органов, они вводятся в кровоток. Мы исследовали, что происходит с клетками после их введения в кровоток. Мы обнаружили, что многие клетки застревают в легких. Это происходит потому, что многие клетки вырастают очень большими в культуральной посуде и уже не могут проходить через мелкие кровеносные сосуды в легких. Легкие отфильтровывают многие мезенхимальные стволовые клетки. Мы также обнаружили, что многие стволовые клетки довольно быстро погибают после попадания в кровоток. Таким образом, предстоит большая работа по преодолению этих проблем!

В настоящее время ведется активная работа по изучению возможностей использования стволовых клеток для лечения заболеваний. Ожидается, что в будущем будут разработаны методы лечения стволовыми клетками многих видов заболеваний, для которых в настоящее время не существует эффективных методов лечения.

**

Оригинал статьи

***

Надеюсь, что эта статья оказалось полезной и содержательной. Если есть что добавить — пишите в комментариях и подписывайтесь на эту страницу.

У нас также много интересного контента про биохакинг в нашем Телеграм-канале.