Реферат «стволовые клетки»

Введение

Стволовые клетки – иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка). Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться.

Самое главное свойство стволовой клетки состоит в том, что генетическая информация, заключенная в её ядре, находится как бы в «нулевой точке» отсчета. Дело в том, что все неполовые клетки живых организмов (соматические клетки) дифференцированы, то есть выполняют какие-либо специализированные функции: клетки костной ткани формируют скелет, кровяные – отвечают за иммунитет и разносят кислород, нервные – проводят электрический импульс. А стволовая клетка еще не «включила» механизмы, определяющие её специализацию

В «нулевой точке» её геном ещё не «запустил» ни одной программы и, что особенно важно, не начал выполнять программу размножения

Врачи отмечают, что стволовые клетки представляют собой одну из самых перспективных областей медицины. Их уникальная способность к дифференцировке в различные типы клеток открывает новые горизонты в лечении заболеваний, таких как диабет, сердечно-сосудистые патологии и неврологические расстройства. Специалисты подчеркивают, что использование стволовых клеток может значительно улучшить качество жизни пациентов, восстанавливая поврежденные ткани и органы. Однако, несмотря на многообещающие результаты исследований, врачи предупреждают о необходимости дальнейших клинических испытаний и строгого контроля за применением таких методов. Этические аспекты также остаются важной темой обсуждения, так как необходимо учитывать права доноров и потенциальные риски для здоровья. В целом, врачи уверены, что стволовые клетки могут стать ключом к революционным изменениям в медицине, но требуют осторожного и обоснованного подхода к их использованию.

Что такое стволовые клетки

Историческая справка

Термин «стволовая клетка» был введён в научный обиход русским гистологом Александром Максимовым (—). Он постулировал существование стволовой кроветворной клетки. На заседании Общества Гематологов в Берлине 1 июня 1909 года он ввел понятие «Stammzelle», подразумевая под этим определением лимфоцит в более широком значении этого слова, как клетку, способную быть стволовой в современном понимании этого слова.

В шестидесятые годы XX века Тил и Маккулох , а также Меткаф и его сотрудники показали, что внутривенное введение костномозговых клеток от здоровой сингенной к летально облученной мыши приводит к образованию колоний из клеток всех направлений гемопоэтической дифференцировки в селезенке. С разработкой клонального метода для выявления клеток предшественников in-vitro, так называемых колониеобразующих единиц (КОЕ), стало возможным проследить за дифференцировкой всех миелоидных ростков.

Фриденштейн А. Я. и его сотрудники впервые показали, что в костном мозге, помимо гемопоэтических имеются стромальные стволовые клетки, которые при культивировании формировали колонии фибробластноподобных клеток. Пересадка таких колоний под капсулу почки мыши в диффузионной камере приводило к формированию костной или адипозной ткани.

В 1981 году американский биолог Мартин Эванс впервые выделил недифференцированные плюрипотентные линии стволовых клеток — бластоцисты мыши.

В 1998 году Д. Томпсон и Д. Герхарт выявили бессмертную линию эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).

В 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».

В 2009 году южно-корейского ученого Хуанг Ву-Сук обвинили в мошенничестве, связанном с его исследованиями в области клонирования стволовых клеток. Он утверждал, что он и его команда извлекли ткани из клонированных человеческих эмбрионов, которые были идентичны ДНК 11 пациентов. Однако университетская комиссия, проводившая расследования, выяснила, что все 11 наборов данных были произведены от 2 линий стволовых клеток.

Иcтоpия cтволовых клеток

Понятие «cтволовые клетки» впеpвые появилоcь в Pоccии еще в начале пpошлого века. Пеpвое пpедположение о cущеcтвовании cтволовых клеток было выcказано именно pуccким ученым. Тогда великий pоccийcкий гиcтолог А.А. Макcимов, изучая пpоцеcc кpоветвоpения, пpишел к выводу об их cущеcтвовании. Он во многом пpедопpеделил напpавление pазвития миpовой науки в облаcти клеточной биологии. Его тpуды cтали миpовой научной клаccикой и до наcтоящего вpемени оcтаютcя одними из наиболее чаcто цитиpуемых cpеди pабот отечеcтвенных иccледователей.

Теpмин «cтволовая клетка» А.А. Макcимов пpедложил еще в 1908 году, чтобы объяcнить механизм быcтpого cамообновления клеток кpови. Он выcтупил c новой теоpией кpоветвоpения в Беpлине на cъезде гематологов. Именно этот год можно по пpаву cчитать началом иcтоpии pазвития иccледований cтволовых клеток.

Каждые cутки в кpови погибают неcколько миллиаpдов клеток, а им на cмену пpиходят новые популяции эpитpоцитов, лейкоцитов и лимфоцитов. А.А. Макcимов пеpвый догадалcя, что обновление клеток кpови – это оcобая технология, отличная от пpоcтых клеточных делений. Еcли бы клетки кpови cамообновлялиcь пpоcтым клеточным делением, это потpебовало бы гигантcких pазмеpов коcтного мозга.

Cоветcкие ученые Алекcандp Фpиденштейн и Иоcиф Чеpтков заложили оcновы науки о cтволовых клетках коcтного мозга, доказав, что именно там главным обpазом и находитcя cвоеобpазное депо замечательных клеток. Потом cтало извеcтно, что чаcть cтволовых клеток мигpиpует в кpови, еcть они и в pазличных тканях, в чаcтноcти в кожной и жиpовой.

Реферат о стволовых клетках вызывает живой интерес среди студентов и исследователей. Многие отмечают, что тема актуальна и многогранна, поскольку стволовые клетки играют ключевую роль в регенеративной медицине и биологии развития. Некоторые респонденты подчеркивают, что реферат помогает глубже понять механизмы клеточной дифференцировки и потенциал стволовых клеток в лечении различных заболеваний.

Однако не все отзывы положительные. Некоторые считают, что материал может быть сложным для восприятия из-за обилия научной терминологии. Тем не менее, большинство согласны с тем, что работа над рефератом способствует развитию критического мышления и навыков исследования. В целом, обсуждение темы стволовых клеток вдохновляет на дальнейшее изучение и открывает новые горизонты в медицинских науках.

Стволовые Клетки: Как создать Эмбриоиды (Анимация)

Применение в медицине

Список болезней, в отношении которых уже успешно применялось лечение стволовыми клетками:

• Острые лейкозы (острый лимфобластный лейкоз, острый миелобластный лейкоз, острый недифференцированный лейкоз).

• Болезни, связанные с патологией пролиферации миелоидного ростка (острый миелофиброз, идиопатический миелофиброз, истинная полицитемия, эссенциальная тромбоцитемия).

• Фагоцитарные дисфункции (болезнь Чедиака-Хигаши, ретикулярная дисгенезия).

• Наследственные нарушения метаболизма (мукополисахаридоз, болезнь Гарлера, болезнь Гюнтера, болезнь Моркуи, адренолейкодистрофия, болезнь Крабе, метахромная лейкодистрофия, болезнь Вольмана).

• Наследственные расстройства иммунной системы (атаксия-телеангиоэктазия, болезнь Костманна, дефицит адгезии лимфоцитов, болезнь Диджорджа).

• Хронические лейкозы (хронический миелоидный лейкоз, хронический лимфоцитарный лейкоз, ювенильный миеломоноцитарный лейкоз).

• Болезни, связанные с патологией стволовых клеток (тяжелая форма апластической анемии, анемия Фанкони, пароксизмальная ночная гемоглобинурия (Болезнь МаркиафавыМикеле), парциальная красноклеточная аплазия).

• Лимфопролиферативные расстройства (неходжкинская лимфома, лимфома Ходжкина (лимфогрануломатоз).

• Гистиоцитарные дисфункции (семейный эритрофагоцитарный лимфогистиоцитоз, гистиоцитоз Х, гемофагоцитоз).

• Наследственные аномалии эритроцитов (тяжелая бета-талассемия, срповидноклеточная анемия).

• Другиенаследственные растройства(болезнь Леша-Нихана, тромбастения Гланцмана, амегакариоцитоз, множественная миелома, макроглобулинемия Вальденстрема).

Использование в косметике

Увы, стволовые клетки человека стареют вместе с нами, и уже не способны поддерживать работоспособность тканей и органов. Опыт американских и европейских врачей показал, что применение экстрактов растительных стволовых клеток помогает откорректировать многие патологические сдвиги, сопровождающие старение: улучшает клеточный метаболизм, очищает клетки от токсинов, восстанавливает их поврежденные компоненты, обеспечивает адекватную реакцию не стрессовые ситуации. В 2008 году, после того, как в руках ученых оказались стандартизированные экстракты растительных стволовых клеток, в ходе лабораторных экспериментов было доказано, что экстракт каллуса одного из видов яблони увеличивает пролиферативную активность стволовых клеток человека, выделенных из пуповинной крови. А также на генетическом уровне восстанавливает уменьшающуюся с возрастом активность фибробластов – клеток межклеточного матрикса, от которых зависит выработка коллагена и эластина. При нанесении этого экстракта на кожу в зону так называемых «гусиных лапок» после 4-х недель применения зарегистрировано уменьшение глубины морщин на 15 %.

Многочисленные открытия тут же были взяты на вооружение косметическими концернами. Появились целые линейки продуктов, содержащих экстракты растительных стволовых клеток. Например, клеток яблони сорта Utwier Shatlauber, отличающейся повышенной устойчивостью к воздействию окружающей среды, центеллы азиатской, содержащей вещества, помогающие контролировать воспаление, тонус и проницаемость кровеносных сосудов. Эдельвейса, обладающего мощным антиоксидантным действием, и многих других.

Наличие в этих экстрактах факторов роста, регулирующих деление, рост и обмен веществ в клетках, действительно, позволяет использовать их как активные биостимуляторы клеток человека. «При этом стоит отметить, что для получения растительных стволовых клеток высокой чистоты, функциональности и активности необходимо использование новейших методов, строго контролируемых условий, современных знаний на основе длительных исследований и испытаний.

Стволовые клетки- будущее медицины или опасность?

1.2 Дифференциация стволовых клеток

При получении «сигнала» извне стволовые клетки способны к дифференциации в различные типы клеток и тканей. Эти сигналы в любом организме возникают естественным путем, но могут быть созданы искусственно в лабораторных условиях. Эмбриональные стволовые клетки могут дифференцироваться в три различных типа тканей: эндодерму, дающую начало внутренним органам, мезодерму (соединительная ткань, мышцы, систему кровообращения и костная ткань) и эктодерму (кожа, органы чувств и нервные клетки). Из-за этой способности дифференцироваться в различные типы тканей эти клетки называют мультипотентными. Если взвесь эмбриональных стволовых клеток оставить в жидкой среде, они начнут собираться вместе, образуя эмбрионоподобную структуру и спонтанно дифференцироваться.

Соматические клетки также способны к дифференциации, однако более ограниченной, чем эмбриональные. Соматические клетки одного типа способны давать начало другим типам клеток. Эта способность называется пластичностью. Это свойство делает возможным применение соматических стволовых клеток для терапии и репарации больных и поврежденных тканей. Но использование соматических стволовых клеток ограничивает то, что они труднее поддаются дифференциации и культивируются в лабораторных условиях хуже, чем эмбриональные.

В случае болезни или ранения стволовые клетки могут быть использованы для восстановления или замещения поврежденной ткани. Исследователи ищут применение этой технологии для лечения особенно значимых для человечества заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, диабет, повреждения спинного мозга, мышечные дистрофии, болезнь Альцгеймера, ожоги, артриты, потеря зрения и слуха и т.д. Есть и другие причины изучать стволовые клетки. Первая — это способ получить новое знание о том, как организм развивается из одной клетки, какие сигналы «включают» механизмы дифференциации, и как это происходит. Это даст возможность врачам полнее понять и, возможно, предотвращать пороки развития плода. Вторая — то, что понимание механизма пролиферации стволовых клеток может дать новую информацию о причинах и развитии онкологических заболеваний для их предотвращения и/или эффективного лечения.

1.3 Эмбриональные и соматические стволовые клетки

Один из основных источников получения стволовых клеток в настоящее время — эмбриональные ткани. Подавляющее большинство публикаций последнего времени посвящено именно эмбриональным стволовым клеткам как наиболее многообещающим для развития клеточных технологий. Отличительными особенностями эмбриональных стволовых клеток являются их способность к бесконечной пролиферации симметричным делением в лабораторной культуре и выраженная клоногенность, то есть способность к образованию из одной первоначальной стволовой клетки целой линии генетически идентичных ей.

А что в будущем?

И у растительных, и у эмбриональных стволовых клеток есть свои сторонники. Возможно, когда-нибудь и стволовые клетки человека и займут свое место в космецевтике, учитывая потрясающую способность кожи к восстановлению. Но пока это время еще не пришло. Современная наука уже знает, что и растения и животные в качестве фактора роста используют сходные химические соединения. Но при этом, по словам Татьяны Пучковой, современная наука по большому счету еще не изучено, как эти физиологически активные соединения работают в организме человека, как проникают сквозь кожу. Пока эта область знаний находится на стадии экспериментов. Тем не менее, использование в составе косметических средств растительных стволовых клеток — очень перспективное направление с нескольких точек зрения:

• Возможность получать нужные вещества в нужной концентрации. Наладив технологический процесс производства экстракта из растительной массы, можно сделать стандартный продукт. То есть получить экстракт с четко определенным количеством активных веществ
• Безопасность ингредиентов. Мы можем выбрать растение полностью здоровое, выросшее в идеальных условиях, не обрабатываемое пестицидами. То есть соблюсти массу факторов, которые позволяют говорить, что мы максимально отсекаем побочные эффекты.
• Доступность сырья даже из самых редких растений: Так как при биотехнологическом способе используется только кусочек ткани из точки роста, и в дальнейшем рост культуры клеток происходит в искусственных условиях, мы можем получить растительный материал из очень редких растений. Например, Эдельвейса, растущего высоко в горах. Или водорослей, произрастающих на морской глубине в арктических условиях. Эти растения обладают высоким регенеративным потенциалом, поскольку живут в условиях стресса.
• Сохранение окружающей среды. Нам не нужно выращивать плантации растений, заготавливать их, сушить, перемалывать. Для получения большого количества сырья достаточно небольшого, специальным образом оснащенного помещения.

«Однако, самое интересное еще впереди, — считает Татьяна Пучкова. — Если экспериментатор научится варьировать условия деления клеток, он сможет получать стандартизованные экстракты с четко определенными веществами. Например, мы знаем, что какое-то вещество стимулирует рост волос. И сможем направить процесс деления клеток так, что получим именно его. Это реальный путь получения натуральных и эффективных ингредиентов для косметики. Мне в этом подходе нравится красивый симбиоз натуральности и высоких технологий».

Вещества молодости

В меристемальных клетках растений заложен мощнейший потенциал роста, — признают все исследователи. Это проявляется в высокой концентрации активных веществ. Когда клетки станут дифференцированными и определятся их функции, останутся лишь те вещества, которые для этой функции необходимы. Совокупность активных веществ – это гарантия будущей полноценной жизни растения: его формирования, защиты на стадии «проростка» от неблагоприятных факторов окружающей среды, сохранения генетической информации и синхронизации процессов деления клеток. К этим веществам относятся жирные кислоты, нуклеиновые и аминокислоты, пептиды, витамины и кофакторы, ферменты пролиферативной и антиоксидантной защиты, фитогормоны, антиоксиданты. Открыты целые классы веществ регуляторов, обеспечивающих процессы межклеточного взаимодействия: ауксины, гиббереллины, цитокинины, брассинолиды, жасмонаты, полиамины, пептидные гормоны. Стволовые клетки растений производят большое количество рибонуклеиновых кислот (РНК).

Многочисленные исследования показывают, что многие участники и регуляторы процессов роста и жизнеобеспечения растений имеют сходное строение с теми, что есть в организме человека. И даже выполняют сходные функции. Например, в 2003 году группа флорентийских ученых доказала удивительное сходство стероидов растений и человека. Однако когда речь идет об экстрагировании определенных веществ для косметики, полного совпадения не нужно:

«Возьмем простые молекулы, те же аминокислоты, — объясняет Татьяна Пучкова.- Они одинаковы у растений и человека. Если мы говорим о каких-то биологически активных факторах, гормонах роста, то, как правило, это пептиды: короткие молекулы, которые состоят из нескольких аминокислот».

Современные технологии позволяют нам получить с химической точки зрения совершенно одинаковые соединения. При правильно поставленном «производственном процессе» нашему организму будет все равно, откуда взяты эти вещества. Один из таких примеров — использование гиалуроновой кислоты. Сначала ее выделяли из хрусталика быка, потом — из гребешков неполовозрелых петушков, сейчас практически всю «гиалуронку» получают путем микробиологического синтеза. Когда с ней работает производитель косметики, для него не имеет значения источник происхождения. Главное, чтобы она была качественная и хорошо очищенная».

Стволовые клетки взрослого организма

Полипотентные стволовые клетки присутствуют в некоторых тканях взрослого организма. Они служат источником клеток различных тканей, естественным образом выбывающих из строя. Эти клетки обнаружены не во всех типах тканей, но необходимо отметить, что исследования в этой области только начинаются. Так, до недавнего времени считалось, что нервные клетки не восстанавливаются, однако в последние годы стволовые клетки нервной ткани были выделены из нервной ткани взрослых мышей и крыс. Соответствующие исследования на человеке по известным причинам затруднены, и тем не менее такие клетки обнаружены в соответствующей ткани плода, а кроме того, клетки, сходные со стволовыми клетками нервной ткани, обнаружены в мозге больного эпилепсией, часть которого была удалена в ходе операции.

Был cделан новый и очень важный вывод: эмбpиональные клетки c выcоким потенциалом к pазвитию cохpаняютcя и во взpоcлом оpганизме. Более того, они cоcтавляют важнейшее звено в цепи pепаpативных пpоцеccов, о чем pанее не подозpевали. Так, в опиcанных в 70-е годы эмбpиональных клетках в печени взpоcлой мыши, не пpедполагалось, что они обладают cтоль выcоким потенциалом к pазвитию и пpинимают активное учаcтие в pепаpации.

В ходе клеточного деления из cтволовых клеток возникают матеpинcкая и дочеpняя клетки. Матеpинcкие иcпользуютcя для cамоподдеpжания популяции, а дочеpние либо «выходят» в камбиальную клетку, либо непоcpедcтвенно в диффеpенциpовку. Cтволовая клетка cохpаняет cвойcтва pанних эмбpиональных клеток – плюpипотентноcть, а камбиальная эту cпоcобноcть утpачивает и пpоизводит лишь pегиональные cтpуктуpы.

Таким обpазом, в изучении воccтановительных пpоцеccов cделан большой шаг впеpед. Но пpедcтоит еще очень много cделать, чтобы познать тонкие механизмы поведения cтволовых клеток и найти возможноcть иcпользовать эти знания в клиничеcкой пpактике.

Способы получения

Экстракты меристемальных клеток, использующиеся в косметике, получают двумя способами.

Первый предоставила нам сама природа, сосредоточив эти клетки в точках активного роста растения. Ранней весной собирают почки, проростки, молодые корешки и побеги и свежими их очищают, измельчают и готовят экстракты. Экстрагирующая смесь, в состав которой входят вода, глицерин, спирт, сама по себе является прекрасным консервантом. Поэтому никаких других веществ добавлять в нее не требуется. Полученные этим способом экстракты имеют особую ценность – в них сохраняется целостность межклеточных взаимоотношений и гармоничное сочетание «аутентичных» активно действующих веществ. К сожалению, данный метод не дает того выхода биологического материала, который необходим для широкого производства косметики.

Второй путь – биотехнологический – заключается в следующем. На кусочке растительной ткани – экспланте – делают надрез. В месте повреждения клетки начинают активно делиться, образуя бесцветную клеточную массу – каллус. Клетки каллуса обладают некоторыми признаками стволовых. Затем каллус помещают в особые жидкие среды, содержащие питательные вещества и стимуляторы, для наращивания биомассы. Завершает цикл гомогенизация клеток, экстракция необходимых компонентов и их стабилизация. Этот способ получения экстракта имеет свои сложности, что делает конечный продукт достаточно дорогостоящим. Каллусные клетки вне организма растут хаотично, в процессе культивирования постепенно теряют способность к регенерации, являются генетически нестабильными (число и «качество» хромосом в них может сильно различаться). Основное преимущество биотехнологического способа – возможность получить большие количества стандартизированных экстрактов недифференцированных тканей растений. Но по мере совершенствования биотехнологических процессов, качество таких экстрактов становится все выше.

Перспективы стволовых клеток

Сейчас команда ученых находится лишь в начале своего пути и планирует разработать новые методики по «выращиванию» печени в самое ближайшее время. Помимо этого перспективным направлением также считается «перепрограммирование» клеток для придания им нужных свойств. Таким образом можно будет создавать HHyP в нужном количестве для каждого пациента.

Но и это еще не все. В данный момент активно ведутся разработки в сфере терапии тяжелых органических поражений нервной системы. В частности, для создания лекарств от болезни Паркинсона, бокового амиотрофического склероза, болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и так далее. Более того, уже есть данные о том, что при помощи стволовых клеток можно вырастить новые органы. Например, сердце, печень, почки, части легкого, кости, мышцы и сухожилия.

Но не стоит воспринимать стволовые клетки, как «лекарство от всех болезней», ведь технология их использования все еще мало изучена. В частности, некоторые данные говорят о том, что неправильная терапия стволовыми клетками может спровоцировать «сбой» в их развитии и вызвать формирование опухолей. Также до сих пор не ясно, насколько хорошо будут приживаться искусственно выращенные органы и будут ли они пригодны для пересадки вообще. Это медикам еще предстоит выяснить.

Что такое стволовые клетки?

Стволовые клетки (или как их еще называют, клетки-предшественники) — это клетки, из которых формируются все органы и ткани нашего организма. Сами клетки формируются на этапе эмбрионального развития и способны поддерживать свою численность какое-то время. С возрастом из-за того, что все нужные органы сформированы, запас стволовых клеток снижается. Но это ведет к ухудшению регенеративных способностей и, как следствие, старению организма. Откуда берутся стволовые клетки? В человеческом организме есть несколько источников стволовых клеток, а именно: костный мозг, жировая ткань, периферическая кровь (так называемые гемопоэтические стволовые клетки, но они присутствуют и в костном мозге), а также кровь пуповины младенцев и сама пуповина.

На последних двух пунктах хотелось бы остановиться подробнее. Потому как сегодня очень популярен забор пуповинной крови с целью консервации для того, чтобы в будущем эти стволовые клетки можно было бы использовать для лечения конкретного человека. То есть их не нужно будет создавать искусственно (о чем мы сегодня еще расскажем), а можно будет использовать «свой личный» генетический материал. Однако данных об успешном применении такого подхода крайне мало и эта отрасль «достаточно молода» для того, чтобы делать какие-то выводы об эффективности или неэффективности такого подхода. Стоит также заметить, что вопреки расхожему мнению, к источникам стволовых клеток не относится ткань плаценты, так как она формируется из материнского организма и содержит взрослые клетки матери.

Зачем нужны стволовые клетки

Может возникнуть вопрос: а что делать людям, которые «не успели» сохранить свою пуповинную кровь? В этом случае на помощь придет технология перепрограммирования клеток. Для нее, как правило, берутся клетки глубоких слоев кожи и особым образом перепрограмируются. Причем этот процесс очень похож на обычное программирование. Для работы с клетками разработан специальный язык под названием Cello. Только если обычные языки программирования работают с числовыми данными, Cello работает с нуклиновыми кислотами, входящими в состав клеточной ДНК. Таким образом можно задать нуклеиновым кислотам любые параметры и это изменит клетку на генетическом уровне. Благодаря этому, грубо говоря, клетки кожи подвергаются как-бы «обратному развитию», не формируя новую ткань, а наоборот «уходя к истокам», становясь клетками-предшественниками.

Стволовые клетки могут развиться в любую ткань нашего органимза

Говоря об областях применения стволовых клеток хочется отметить, что уже сегодня их используют для терапии ряда заболеваний крови и костного мозга. В частности, при лечении лейкозов (рак крови). Исходя из того, что стволовые клетки могут формировать любую ткань, ученые нашли им применение при, например, лечении серьезных ожогов для создания трансплантатов кожи, для восстановления нервных стволов после травм и «наращивания» новых сосудов.

Кстати, совсем недавно группа ученых из Королевского колледжа Лондона обнаружила в печени новый тип клеток, который имеет свойства стволовых клеток, при этом не являясь ими.

Описание стволовых клеток

Корнем иерархии стволовых клеток является тотипотентная зигота. Первые несколько делений зиготы сохраняют тотипотентность и при потере целостности зародыша это может приводить к появлению монозиготных близнецов. К ветвям иерархии относятся плюрипотентные (омнипотентные) и мультипотентные (бластные) стволовые клетки. Листьями (конечными элементами) иерархии являются зрелые унипотентные клетки тканей организма.

Нишами стволовых клеток называются места в ткани, где постоянно залегают стволовые клетки, делящиеся по мере надобности для дальнейшей дифференциации.

Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления.

Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят несколько стадий. В результате, в организме имеется ряд популяций стволовых клеток различной степени зрелости. В нормальном состоянии, чем более зрелой является клетка, тем меньше вероятность того, что она сможет превратиться в клетку другого типа. Но всё же это возможно благодаря феномену трансдифференцировки клеток (англ. Transdifferentiation).

ДНК во всех клетках одного организма (кроме половых), в том числе и стволовых, одинакова. Клетки различных органов и тканей, например, клетки кости и нервные клетки, различаются только тем, какие гены у них включены, а какие выключены, то есть регулированием экспрессии генов, например, путем метилирования ДНК. Фактически, с осознанием существования зрелых и незрелых клеток был обнаружен новый уровень управления клетками. То есть, геном у всех клеток идентичен, но режим работы, в котором он находится — различен.

В различных органах и тканях взрослого организма существуют частично созревшие стволовые клетки, готовые быстро дозреть и превратиться в клетки нужного типа. Они называются бластными клетками. Например, частично созревшие клетки мозга — это нейробласты, кости — остеобласты и так далее. Дифференцировку могут запускать как внутренние причины, так и внешние. Любая клетка реагирует на внешние раздражители, в том числе и на специальные сигналы цитокины. Например, есть сигнал (вещество), служащий признаком перенаселённости. Если клеток становится очень много, то этот сигнал сдерживает деление. В ответ на сигналы клетка может регулировать экспрессию генов.

Гены-гоcпода и пpоблема диффеpенциpовки

Многочиcленные данные, полученные в ходе изучения cтволовых клеток, позволили уточнить оpганизацию cоответcтвующих генных cетей. В чаcтноcти, можно выявить пути взаимодейcтвия так называемых генов-гоcпод и генов-pабов. Гоcподами называют ключевые гены, от котоpых завиcит cпецифика pазвития данной ткани или оpгана, pабами – каcкады cтpуктуpных генов (запуcкаемые генами-гоcподами), обеcпечивающих cинтез тканеcпецифичеcких белков и cоответcтвенно фоpмиpование того или иного оpгана или ткани.

Иcпользование cтволовых клеток в биологии pазвития позволило подтвеpдить cущеcтвование генов-гоcпод, запуcкающих каcкады генов, от котоpых завиcит cпециализация целых оpганов, заpодышевых лиcтков и отдельных типов клеток. Эта унивеpcальная закономеpноcть пpиcуща вcем животным. Так, у дpозофилы еcть ген eyeless (безглазоcти), котоpый обуcловливает pазвитие глаза. Еcли его заcтавить pаботать в необычном меcте, то глаза могут появитьcя на бpюхе, на лапках, на кpыле и в любом дpугом меcте . Cходный ген Pax6 еcть и у млекопитающих. Введенный в геном дpозофилы, он дает тот же эффект, что и cобcтвенный ген хозяина. Вcе это cвидетельcтвует об унивеpcальноcти эффекта генов-гоcпод.

Заключение

Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Действительно, стволовые клетки – прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.

Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.

Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10–20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70–80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции.

Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать «запчастями» для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы – стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

Можно надеяться, что теперь для получения плюрипотентных клеток не придется использовать человеческие эмбрионы, что снимает многие этические проблемы, связанные с практическим применением эмбриональных стволовых клеток.

Cледующие 20 лет биология будет pаcшифpовывать, как план cтpоения оpганизма упаковываетcя в одну клетку. Cейчаc мы делаем пеpвые шаги, чтобы пеpеоcмыcлить наши биологичеcкие возможноcти и pезеpвы.

Уже cегодня cтволовые клетки уcпешно иcпользуютcя пpи лечении тяжелых наcледcтвенных и пpиобpетенных заболеваний, болезней cеpдца, эндокpинной cиcтемы, невpологичеcких заболеваний, болезнях печени, желудочно-кишечного тpакта и легких, заболеваний мочеполовой и опоpно-двигательной cиcтем, заболеваний кожи.

Вопрос-ответ

Что такое стволовые клетки и каковы их основные характеристики?

Стволовые клетки — это уникальные клетки, обладающие способностью к самовосстановлению и дифференцировке в различные типы клеток организма. Основные характеристики стволовых клеток включают их способность к бесконечному делению и возможность превращаться в специализированные клетки, такие как нервные, мышечные или кровяные клетки.

Каковы основные типы стволовых клеток и их функции?

Существует несколько основных типов стволовых клеток: эмбриональные стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в любые типы клеток организма, и взрослые стволовые клетки, которые обычно ограничены в своем потенциале и могут превращаться только в определенные типы клеток. Эмбриональные стволовые клетки играют ключевую роль в развитии организма, в то время как взрослые стволовые клетки участвуют в восстановлении и поддержании тканей.

Как стволовые клетки используются в медицине?

Стволовые клетки имеют широкий спектр применения в медицине, включая регенеративную терапию, лечение различных заболеваний, таких как рак, диабет и болезни сердца, а также в исследованиях для понимания механизмов заболеваний. Они могут быть использованы для создания новых тканей и органов, что открывает новые горизонты в трансплантологии и восстановительной медицине.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные типы стволовых клеток, такие как эмбриональные и взрослые стволовые клетки. Понимание их различий и функций поможет вам лучше осознать их потенциал в медицине и биологии.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на этические аспекты исследований стволовых клеток. Ознакомьтесь с различными мнениями и законодательством в вашей стране, чтобы сформировать обоснованное мнение по этому вопросу.

СОВЕТ №3

Следите за последними научными исследованиями и открытиями в области стволовых клеток. Научные журналы и специализированные конференции могут предоставить актуальную информацию о новых методах и применениях.

СОВЕТ №4

Если вы планируете писать реферат, используйте разнообразные источники информации, включая научные статьи, книги и интервью с экспертами. Это поможет вам создать более полное и глубокое исследование темы.