Наука і життя // Ілюстрації
Отримання ембріональних стовбурових клітин та шляхи їх подальшої диференціювання.
Зубна м'якоть, пульпа, складається з сполучної тканини і забезпечує харчування і ріст зубів. Пульпа знаходиться в "чохлі" з дентину, який є різновидом кісткової тканини. Емаль і цемент покривають дентин, тим самим захищаючи зубну тканину від зносу.
Стовбурові клітини, виділені з кісткового мозку, при трансплантації забезпечують відновлення пошкодженої кісткової тканини обличчя і щелепи, а клітини, отримані з пульпи зуба, відновлюють пошкоджений дентин.
<
>
МЕТАМОРФОЗИ СТОВБУРОВИХ КЛІТИН
Попередники всіх клітин, складових організм, називаються стовбуровими. Вперше існування стовбурових клітин припустив та довів на початку ХХ століття професор Імператорської Військово-медичної академії А. А. Максимов.
Абсолютно всі клітини органів і тканин мають одну-єдину "прародительку" - так звану мультипотентні стовбурові клітини. У процесі поділу з однієї стовбурової клітини утворюються дві дочірні, з яких одна ідентична материнській, а інша може робити різноманітне клітинне потомство, відмінне від клітини-попередниці. Всі стовбурові клітини мають здатність відтворювати собі подібних і можуть перетворюватися в клітки декількох типів. Це властивість називається мультипотентні. Від покоління до покоління стовбурові клітини втрачають мультипотентні властивості, набуваючи здатність перетворюватися виключно в клітини одного або декількох тканинних типів, і в кінці кінців стають "цеглинками" тканин певного типу.
У людини стовбурові клітини виявлені в ембріональної тканини, в деяких тканинах плода, пуповині, плаценті, а також в тканинах і органах дорослої людини, наприклад в кістковому мозку. Ці клітини відіграють важливу роль у відновленні пошкоджених тканин. Наприклад, як показали недавні експерименти на тваринах, всього лише 10 стовбурових клітин здатні повністю відновити кровотворення протягом декількох тижнів після трансплантації клітинної культури в кістковий мозок.
Виділяють чотири основних типи стовбурових клітин: ембріональні, фетальні, соматичні і мезенхімальні.
Ембріональні стовбурові клітини виявляються на самій ранній стадії розвитку зародка. Запліднена яйцеклітина (зигота) починає ділитися через 30 годин з моменту запліднення, і до третього-четвертого дня ембріон являє собою компактний кулю, що складається з 12 клітин або більше. Ще через п'ять-шість днів ембріональні клітини формують порожнисту клітинну сферу діаметром 150 мікрон - бластоцисту. Клітини внутрішньої клітинної маси - бластоцисти (близько 30 клітин) і є ембріональні стовбурові клітини. Їх відмінна риса - здатність до утворення з однієї первісної клітини цілої лінії генетично ідентичних клітин.
В даний час з'явилася можливість виділяти ембріональні стовбурові клітини з бластоцисти і культивувати їх у лабораторних умовах. Таким чином, теоретично ембріональні стовбурові клітини можуть використовуватися як потенційне джерело клітин для вирощування практично будь-яких органів і тканин організму.
Незважаючи на те, що ембріональні стовбурові клітини найбільш перспективні для використання в медичній практиці, з етичних міркувань в більшості країн проведення досліджень, пов'язаних з клінічним застосуванням ембріональних стовбурових клітин людини, законодавчо заборонено.
У процесі ембріонального розвитку однакові стовбурові клітини починають видозмінюватися і поділяються на певні зародкові листки, що складаються з так званих фетальних стовбурових клітин, які також мають значний потенціал до перетворення в інші типи клітин.
Фетальні стовбурові клітини в кінці кінців розвиваються в різні органи. Поки добре вивчені три різновиди фетальних клітин: нейтральні стовбурові клітини (включаючи клітини нервового гребеня), гематопоетичні стовбурові клітини і клітини - попередники b-клітин підшлункової залози, що виробляють інсулін.
Нейтральні стовбурові клітини здатні трансформуватися в клітини головного мозку. Клітини нервового гребеня диференціюються в клітини, що іннервують серце і стінку кишечника, пігментні клітини шкіри (меланоцити), хрящ і кістки особи, сполучну тканину і інші. Гематопоетичні стовбурові клітини перетворюються в різноманітні елементи крові. Велике число таких клітин містять пуповина і плацента.
Соматичні стовбурові клітини здатні перетворюватися не в усі, а тільки в клітини певних типів, що утворюють тканини дорослого організму. Можливість їх використання для регенерації тканин була відкрита кілька десятиліть тому. Джерелами соматичних стовбурових клітин в організмі дорослої людини є кістковий мозок, периферична кров, жирова тканина, головний мозок, скелетні м'язи, пульпа зуба, печінку, шкіра, слизові оболонки шлунково-кишкового тракту, підшлункова залоза. Клітини даного виду підтримують відновлення тканин протягом усього життя людини.
Соматичні стовбурові клітини, виділені з кісткового мозку, можуть перетворюватися в клітини головного мозку. А аналогічні клітини, отримані з тканини головного мозку, здатні трансформуватися в клітини крові і м'язової тканини. У деяких органах соматичні стовбурові клітини генерують клітини декількох типів. Наприклад, стовбурова клітина нервової тканини може диференціюватися в нейрони головного мозку, гліальні клітини і астроцити. Подібна здатність клітин до трансформації називається пластичністю.
Сьогодні в багатьох країнах світу (Австралія, Західна Європа, США, Японія та ін.) Для лікування хворих застосовують мезенхімальні стовбурові клітини, виявлені в тканинах дорослого організму і володіють здатністю перетворюватися в клітки будь-якого органу. Найбільший інтерес для медиків представляють мезенхімальні клітини кісткового мозку, добре культивується в лабораторних умовах.
ЗУБИ ІЗ СТОВБУРОВИХ КЛІТИН
Мезенхімальні стовбурові клітини здатні трансформуватися в клітини кісткової тканини, що дає можливість використовувати їх для відновлення цілісності кісток черепа та обличчя і регенерації тканин зуба. Найбільш часто необхідність у відновленні тканини виникає після хірургічного видалення ракової пухлини, при різних інфекційних, травматичних, вроджених захворюваннях, що призводять до порушення формування кісток щелепно-лицевої ділянки, а також при системних прогресуючих захворюваннях кісткової тканини. До теперішнього часу для відновлювальної терапії використовувалися кісткова тканина пацієнта і матеріали з металу і полімерів, однак у таких терапевтичних підходів є істотні обмеження.
У процесі ембріонального розвитку стовбурові клітини трансформуються в клітини - попередники матриці зуба: амелобластов і одонтобласти, які потім формують сполучну тканину зуба, пульпу, і "обростають" мінералізованою оболонкою з емалі та дентину. Дентин захищає пульпу від небажаних впливів. На відміну від кісткової тканини матриця зуба, одного разу сформувавшись, не змінюється протягом усього життя. Однак після хімічного або механічного пошкодження зуба дентин частково відновлюється. Це навело вчених на думку, що в пульпі зуба, як в кістковому мозку, можуть міститися стовбурові клітини.
Дійсно, нещодавно вченим вдалося виділити стовбурові клітини з пульпи зуба дорослої людини. Виявилося, що стовбурові клітини пульпи зуба діляться ще швидше стовбурових клітин з кісткового мозку. При механічних пошкодженнях зуба або карієсі стовбурові клітини пульпи починають активно ділитися, перетворюючись в інші клітини, в тому числі і в клітини - попередники зубної тканини, одонтобласти, які оновлюють популяцію пошкоджених клітин зуба.
Вчені відкрили речовина, котра управляє процесом трансформації стовбурових клітин пульпи в клітини зубної тканини. Ця білкова молекула, звана BMP-2 (bone morphogenic protein-2), присутній в кістковому мозку. Вона залучена до багатьох процеси ділення і диференціювання клітин організму. Після пошкодження зуба включається генетичний механізм, що запускає синтез BMP-2, після чого в зубної тканини активуються відновні процеси.
Ефективність регенеративної терапії зубів із застосуванням стовбурових клітин вже доведена в експериментах на тваринах. А використання мезенхімальних стовбурових клітин кісткового мозку для відновлення і регенерації кісткової тканини відкриває широкі перспективи в щелепно-лицевої пластичної хірургії.
Впровадження стовбурових клітин в практику стоматологічних клінік не за горами. Тому вже сьогодні потенційним пацієнтам стоматологічних кабінетів пропонується зберігати популяцію стовбурових клітин зуба в спеціальних банках. Така послуга вже існує в США. Мама малюка може здати в лабораторію банку стовбурових клітин молочний зуб, з якого фахівці виділять стовбурові клітини. Ці клітини будуть культивуватися і зберігатися в банку для майбутнього лікування дитини (або дорослого).
Стовбурові клітини відкривають нові підходи до терапії багатьох захворювань. Їх можна трансплантувати безпосередньо або в комбінації з біоматеріалами. Розглядається можливість застосування стовбурових клітин як засобу доставки генів або генетичних продуктів до пошкоджених тканин. Бурхливо розвиваються наукові дослідження стимулюють біомедичне співтовариство швидко впроваджувати відкриття в клінічну практику. Перспективи застосування стовбурових клітин сьогодні величезні. Однак маніпуляції зі стовбуровими клітинами і їх культурами складні і вимагають високої кваліфікації фахівців.
Щоб вийти на світовий рівень в цій найважливішій галузі медицини, необхідно створювати біотехнологічні підприємства, центри клітинної та генної терапії, банки стовбурових клітин, навчати молодих фахівців в провідних світових лабораторіях за кордоном з подальшим наданням їм роботи в Росії. Перші кроки на цьому шляху вже зроблені: успішно функціонують "КріоЦентр" і Банк стовбурових клітин в Москві, будується Центр клітинної і генної терапії в Санкт-Петербурзі, який повинен стати найбільшим акумулятором сучасних клітинних, генних і нанотехнологій в Росії.
"Наука і життя" про стовбурові клітини:
Белоконева О., канд. хім. наук. Праматір всіх клітин. - 2001, № 10.
Гриневич В., докт. мед. наук. Нервові клітини відновлюються. - 2004, № 4.
Лозівська Е., канд. фіз.-мат. наук. Стовбурові клітини про запас. - 2005, № 2.
Смирнов В., акад. РАМН, чл.-кор. РАН. Відновлювальна терапія майбутнього. - 2001, № 8.
