Стволовые клетки

Стволовые клетки — прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они есть в каждом органе, ткани и циркулируют в нашей крови. Они призваны восстанавливать организм человека с момента его рождения. Это своего рода строительный материал, потому что стволовые клетки способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей.

Благодаря этой уникальной способности стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений, во всех органах и тканях. При определенных условиях они активизируются, встраиваются в место поврежденной ткани, дифференцируются и через сутки начинают делиться. Время и количество делений стволовых клеток, которые восстанавливают поврежденную ткань, зависят от многих факторов.

В литературе описаны эксперименты, на основании которых ученые сделали вывод, что стволовые клетки бессмертны. Однако это происходило в лабораторных условиях, где нет повреждающих факторов, имеющих место в живом организме.

Что же касается применяемых на практике аутологичных мезенхимальных стволовых клеток (МСК), то их преимущество в том, что их выращивают из клеток самого пациента, поэтому они не вызывают отторжения, быстро встраиваются в необходимое место органа и уже в первые сутки начинают делиться. Потребности медицины в таком материале практически не ограничены. Таким образом, стволовые клетки уже сегодня в каком-то смысле становятся «запчастями» для нашего организма.

Стволовые клетки в результате асимметричного деления способны производить как самих себя, так и дифференцированные клетки многих тканей на протяжении всей жизни организма. В результате симметричного деления — на дифференцированных потомков. В любом случае благодаря этим свойствам стволовые клетки служат постоянным источником восстановления ткани в процессах физиологической и репаративной регенерации. Ведь процесс обновления постоянен, например:

• каждые 5 дней возобновляются клетки эпителия желудка и кишечника;
• по истечении 7-10 дней — клетки верхнего слоя роговицы глаза;
• каждые 10 дней перерождаются рецепторы языка;
• спустя 2-3 недели — наружные клетки легких;
• каждые 2-4 недели пополняется эпидермис;
• через 6 недель реконструируются брови и ресницы;
• каждые 4 месяца «омолаживается» кровь;
• через 5 месяцев — печень;
• больше года нужно для обновления почек и селезенки.

Термину «стволовая клетка» дал жизнь немецкий ученый Эрнст Хекель (1834-1919), который в конце XIX века термином Stammzellen называл одноклеточные организмы, которые по его (ошибочному) представлению служили предшественниками многоклеточных организмов.

В том смысле, какой мы вкладываем в него сейчас, термин «стволовая клетка» был введен в 1908 году Александром Александровичем Максимовым, который предположил существование единого предшественника всех клеток крови. Хотя эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение в 1982 году открытием гемопоэтической стволовой клетки мыши, сенсационный интерес к этим клеткам проявился после 1998-го, когда два независимых исследователя John Gearhart из Университета Джона Гопкинса и James Thomson из университета Висконсин впервые выделили эмбриональные стволовые клетки человека и показали их способность к дифференцировке в клетки всех трех зародышевых листков.

В 1999 году журнал Science назвал открытие стволовой клетки человека третьим по значимости событием ХХ века в области медицины после двойной спирали и программы «Геном человека». После этого четыре нобелевские премии в области физиологии и медицины были присуждены за исследования, прямо или косвенно связанные со СК. И наконец, в последние годы мы стали свидетелями открытия нового типа СК — индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных путем генетической модификации взрослых соматических клеток, в результате которой последние приобретают способность образовывать все типы клеток организма.

В настоящее время под термином «стволовая клетка» подразумевают недифференцированную клетку, способную к нелимитированному самообновлению и образованию нескольких типов дифференцированных потомков. В этом термине заложены основные, но далеко не все уникальные свойства этих клеток. Что же это за свойства?

Все клетки организма имеют одинаковый набор генов, но соматические клетки — а их у каждого из нас, по меньшей мере, 350 типов — дифференцированы, т.е. работают по различным генетическим программам, которые обеспечивают выполнение определенной функции. Так, клетки костной ткани формируют скелет, клетки крови отвечают за иммунитет и разносят кислород, нервные клетки проводят электрический импульс и так далее. В отличие от них генетическая информация, заключенная в ядре столовых клеток, еще не «включила» механизмы, определяющие специализацию, и лишь ждет специального «сигнала», чтобы начать одно из своих превращений. Это означает, что СК не имеет никакой функции, кроме переноса мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты, содержащей информацию о первичной структуре белков) в следующее клеточное поколение. Недифференцированная клетка, естественно, не имеет морфологических особенностей. Не зря А. А. Максимов описывал гемопоэтическую стволовую клетку (ГСК) как «малый лимфоцит». Действительно, обычно СК представляет собой небольшую клетку с крупным ядром.

В связи с отсутствием морфологических особенностей единственной возможностью идентификации СК является использование молекулярных маркеров. В целом, СК характеризуется чрезвычайно бедным фенотипом, что обусловлено отсутствием на мембране большинства рецепторов, ответственных за взаимодействие с другими клетками для выполнения функции. Очевидно на поверхности СК экспрессированы только рецепторы, ответственные за адгезию к специфическому микроокружению, который подавляет запуск реакций дифференциации.

Существует несколько различных классификаций стволовых клеток. Основные две из них — по происхождению в зависимости от этапа онтогенеза организма и по потенциям (способности) к дифференциации.

В зависимости от этапа онтогенеза (с некоторыми оговорками) выделяют:

• эмбриональные СК (ЭСК) — получают из внутренней клеточной массы бластоцисты;
• фетальные СК — клетки, выделенные из различных тканей зародыша (фетуса), в случае человека речь идет о получении СК из абортивного материала;
• постнатальные соматические СК (в англоязычной литературе — adult stem cells, взрослые СК).

Несколько особняком в этой классификации (не совсем связаны с этапом онтогенеза, а, скорее, со способом либо источником их получения) стоят:

• СК из экстраэмбриональных тканей (из плаценты);
• СК из пуповины и пуповинной крови, индуцированные плюрипотентные СК (induced pluripotent stem cells, iPSC — СК, получаемые из постнатальных дифференцированных соматических клеток путем гиперэкспрессии экзогенно введенных факторов плюрипотентности; автор технологии — японский ученый Shinya Yamanaka, лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины 2012 г.);
• раковые СК (cancer stem cells, выделяемые из опухолей).

Отдельно стоит также остановиться на мезенхимальных стволовых клетках (МСК). Впервые МСК были описаны советским ученым Александром Яковлевичем Фриденштейном (1924-1997). Источником их получения был костный мозг, а характерной особенностью — способность к дифференциации в мезенхимальные клеточные типы, такие как адипоциты, остеобласты и хондроциты (ортодоксальные направления дифференциации).

В 1990-е новый импульс в исследовании МСК был дан благодаря работам американских ученых (Arnold Caplan, Darwin Prockop и др.), которые и предложили для обозначения данного клеточного типа использовать термин «мезенхимальные стволовые клетки». Важным этапом стало получение и описание Patricia Zuk с соавторами в 2001 г. МСК из жировой ткани, где количество МСК больше, чем в костном мозге, а процедура забора — менее инвазивна и более безопасна. Мезенхимальные стволовые клетки из жировой ткани применяются в косметологии и эстетической медицине. В этой связи следует отметить, что в англоязычной литературе для обозначения МСК из жировой ткани используются различные названия, во многих из которых идет указание на жировую ткань как источник клеток и приводится их статус как стволовых клеток (например, adipose-derived stem cells).

Кроме того, появились сообщения о направленной дифференциации МСК в неортодоксальных направлениях: в нейроны, глиальные клетки, эпителиальные клетки, гепатоциты, мышечные волокна и др. Консенсус касательно феномена неортодоксальной дифференциации МСК из различных тканевых источников до сих пор не достигнут.

Стволовым клеткам отводится не последнее место в регенеративной медицине, так как они представляют собой уникальный биологический феномен и могут проявлять значимые биологические и медицинские эффекты при их трансплантации.

Существует миф, что стволовые клетки — это панацея от всех болезней. И да, и нет. Мезенхимальные стволовые клетки в организме могут превращаться только в 8 тканей. Соответственно, могут восстанавливать только определенные ткани, которые повредились при таких заболеваниях:

• новообразованиях — реабилитация после радио- и химиотерапии;
• инфекционных заболеваниях — вирусные гепатиты, ВИЧ;
• в неврологии — лечение последствий травм головного и спинного мозга, инсульта, коматозных заболеваний, аутизма;
• в кардиологии — атеросклероз, ИБС и последствия инфаркта миокарда;
• в эндокринологии — сахарный диабет I и II типа, аутоиммунный тиреоидит, болезни нарушения обмена веществ;
• в гепатологии — гепатиты, цирроз печени;
• в офтальмологии — травмы, атрофия зрительного нерва;
• в дерматологии — псориаз, склеродермия;
• при болезнях опорно-двигательного аппарата — миопатии, последствия травм, рубцово-спаечные процессы, артрозы, артриты;
• в гематологии;
• в эстетической медицине;
• в геронтологии и гериатрии.

Локальное введение МСК поможет добиться стойкого косметологического эффекта при таких эстетических недостатках, как:

• снижение тонуса кожи лица (ухудшение тургора и эластичности);
• морщины (мелкие, средние и глубокие);
• купероз (расширенные сосуды);
• акне и постакне (косметические последствия угрей, акне);
• рубцы на коже;
• застойные пятна;
• сухость и шелушение;
• ухудшение цвета кожи;
• проблемная кожа;
• восстановление после различных оперативных вмешательств.