Термины «стволовые клетки», «пуповинная кровь», «криобанк» наши соотечественники впервые услышали сравнительно недавно - пять лет назад. В то время как в США первый криобанк стволовых клеток пуповинной крови «Cryo-Cell» был открыт в 1992 г. Тем не менее первое предположение о существовании стволовых клеток было высказано именно русским ученым. В 1909 г. профессор Военной медико-хирургической академии Санкт-Петербурга А.А. Максимов сделал сенсационное заявление о том, что в организме человека есть так называемые «стволовые» клетки, способные при определенных условиях превращаться в зрелые, дифференцированные клетки организма. Несколько позже профессор московского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи А.Я. Фриденштейн подтвердил предположение коллеги и, изучая возможности этих особых клеток, стал разрабатывать сферу их применения.
Сейчас, по словам профессора Б.В. Афанасьева, директора клиники трансплантации костного мозга Санкт-Петербургского Государственного медицинского университета им. И.П. Павлова, в России вопросами стволовых клеток занимаются ученые и практикующие врачи Москвы, Санкт-Петербурга и Новосибирска.

Зачем нужны стволовые клетки?

Единого термина для названия этих универсальных клеток пока не придумано. Их именуют и «стволовыми», и «клетками-предшественницами», и «запасными». В организме взрослого человека, особенно в костном мозге, существуют клетки, обладающие способностью превращаться практически во все виды клеток взрослых тканей, например в клетки мышц, печени и другие. В отличие от дифференцированных, стволовые клетки обладают свойством неограниченного воспроизводства, в то время как дифференцированные клетки выполняют только лишь определенные функции (мышечные клетки - сокращаются, эритроциты - переносят кислород и т.д.), и не способны делиться неограниченно. Превращение стволовых клеток в дифференцированные происходит под действием клеток и субстратов, окружающих стволовую клетку, попавшую в ту или иную ткань. Мы знаем, что в норме стволовых клеток в организме чрезвычайно мало, но они являются универсальными «запасными» частями, которые используются организмом для восстановления разных тканей. «Починка» организма с помощью стволовых клеток происходит следующим образом: когда в какой-то ткани возникает повреждение, то ее гибнущие клетки посылают в кровь сигнал тревоги, выделяя особые вещества. Этот сигнал поступает в костный мозг, который начинает активно выбрасывать в кровь определенные клетки-предшественники. Те, в свою очередь, с током крови поступают к пострадавшему участку. Здесь сотни пришедших на помощь стволовых клеток делятся на миллионы, копируя погибшие и таким образом, восстанавливая их баланс.
В настоящее время эти возможности стволовых клеток используются в практической медицине при лечении более 60 опасных заболеваний. Среди них основное место занимают заболевания системы крови, различные онкологические заболевания, наследственные и аутоиммунные болезни. С этим связано то, что метод пересадки гемопоэтических стволовых клеток, т. е. клеток-родоначальников системы кроветворения, становится рутинным методом лечения этой тяжелой группы болезней. Как ни печальна статистика, но у 1 ребенка из 600 в возрасте до 14 лет может наблюдаться развитие такого заболевания.
В то же время исследования последних лет показали, что, стволовые клетки могут быть с успехом использованы и при лечении, например, сердечно-сосудистых заболеваний. Так, при инфаркте миокарда (состоянии, при котором нарушается кровоснабжение участка сердечной мышцы) костный мозг больного начинает сразу выбрасывать в кровь стволовые клетки, но для эффективного восстановления ткани сердечной мышцы их количества обычно недостаточно. В настоящее время ведутся исследования по имплантации стволовых клеток в зону сердечной мышцы, поврежденную при инфаркте миокарда. Такие операции проведены, например, в Бельгии, Германии. При этом пациенту в область поврежденной сердечной мышцы успешно имплантировали стволовые клетки, полученные из его же костного мозга. Следует отметить, что в данном случае стволовые клетки стимулируют образование мышечной ткани - непосредственно миокарда, а также сосудов поврежденной области.

Способы получения стволовых клеток

В настоящее время стволовые клетки для трансплантации получают в клинических условиях:
1. Из костного мозга. Это оперативное вмешательство проводится путем множественных пункций костей таза, грудины. При этом заготавливают около 1000 мл костного мозга. Этот метод используется более 30 лет. Его недостатками являются необходимость наркоза и возможность развития послеоперационных осложнений, хотя встречаются они достаточно редко.
2. Из периферической крови. Аппараты - фракционаторы клеток крови подсоединяются к венам больного или донора, и за одну-две операции через них пропускают 10-20 л крови. Эти процедуры проводятся на фоне введения человеку специальных лекарств (факторов роста), которые увеличивают содержание в крови стволовых клеток. Второй метод лишен недостатков первого, но более дорог, т.к. он требует использования дорогостоящей аппаратуры и факторов роста.
3. Из пуповинной крови. Стволовые клетки заготавливают в момент рождения ребенка, подвергают тщательному обследованию, замораживают и, в случаях их совместимости с каким-либо пациентом по антигенам главного комплекса совместимости - системе HLA, трансплантируют.
Количество стволовых клеток, которые распознаются по выявлению на их поверхности определенных антигенных структур, получаемых при заготовке материала для трансплантации из костного мозга, заготовленного от донора или больного, не превышает обычно 1*106/кг, для концентрата стволовых гемопоэтических клеток из периферической крови - 1-10*106/кг, для образца пуповинной крови - 1-4*106/кг.
О третьем методе стоит рассказать более подробно. В пупочной вене новорожденного концентрация стволовых клеток относительно велика. Это связано с тем, что у новорожденных сохраняются элементы эмбрионального кроветворения, и сама плацента выделяет мощные стимуляторы этого процесса. Клетки крови, ответственные за иммунные реакции, у новорожденных менее зрелы, чем у взрослых, что ведет к снижению риска возникновения болезни «трансплантат против хозяина» и дает возможность успешно осуществлять трансплантации гемопоэтических клеток при наличии определенных различий в системе HLA реципиента и донора. Кроме того, сам процесс сбора такой крови осуществляется быстро и просто; он не требует какого-либо контакта с матерью и ребенком и, соответственно, безболезнен.
Исследования последних лет доказали, что кровь, которая остается в пуповине, может быть собрана и заморожена для использования в будущем.

Теория и жизнь

В современной мировой медицине накоплен достаточный опыт реального излечения больных с помощью стволовых клеток. Примером тому может служить история шестилетней Кинси Моррисон, страдающей острой формой лейкемии 1. Шанс на выздоровление, сама того не ведая, ей подарила новорожденная сестренка. Стволовые клетки малышки, взятые из пуповины после ее рождения, оказались абсолютно иммунологически совместимыми с клетками Кинси, в то время как никто из возможных 9 миллионов потенциальных доноров стволовых клеток в мире, данные о которых собраны в мировом Регистре доноров кроветворных клеток (включая ее мать), не подходил больной девочке.
Первая в Европе операция с использованием донорских стволовых клеток пуповинной крови от совместимого родственного донора была проведена в 1988 г. в Париже ребенку с анемией Фанкони 2. Сегодня ребенок живет и здравствует. Этот пример стал одним из многих фактов успешного применения стволовых клеток пуповинной крови в лечении заболеваний крови. В целом стволовые клетки пуповинной крови были использованы более чем в 2 тысячах случаев трансплантаций.
В нашей стране заявлено существование регистра неродственных доноров на базе Гематологического центра, существуют также базы данных в Российском институте гематологии и трансфузиологии, Санкт-Петербургском медицинском университете - это банки данных на доноров, типированных по системе HLA и подписавших согласие на сдачу стволовых клеток в случае необходимости (из костного мозга или крови). За рубежом в 30 странах существует более 50 таких регистров, многие из которых имеют и банки образцов заготовленной и замороженной пуповинной крови. Если в национальные базы данных могут обращаться врачи и родственники больных, то в международные обращаются обычно через врачей (для этого существует определенный порядок, не всегда возможный для россиян).

Что такое криобанк?

Криобанки - это специально оборудованные хранилища стволовых клеток. В Европе и Америке криобанки стволовых клеток пуповинной крови начали появляться более 10 лет назад. Сегодня в общей сложности их 45. В этих банках хранятся образцы пуповинной крови, заготовленные от новорожденных-доноров, данные о которых включены в Национальные Регистры доноров гемопоэтических клеток. Заключив договор с таким банком, родители могут также сохранить «впрок» стволовые клетки и для своего ребенка. Клетки подвергаются тщательному обследованию, замораживаются по специальной программе и хранятся в жидком азоте при температуре –196°С в состоянии полного анабиоза и могут быть использованы для лечения самого ребенка или его ближайших родственников. Иными словами, хранение собственных - аутологичных стволовых клеток - это биологическая страховка для ребенка в будущем, благодаря которой он имеет собственные здоровые «запасные» клетки на случай серьезной болезни. Ведь известно, что сегодня более 30% людей, нуждающихся в пересадке стволовых клеток, так и не находят подходящий трансплантат.

Технология сбора

Манипуляция осуществляется после рождения ребенка и пережатия пуповины: пуповина перерезается и кровь собирается в стерильный контейнер, содержащий антикоагулянт - раствор, предотвращающий свертывание крови. Обычно объем собранной крови колеблется от 60 до 120 мл. Эта процедура не представляет никакого риска ни для матери, ни для ребенка и может быть произведена как при обычном течении родов, так и при родах путем кесарева сечения. Собранная пуповинная кровь упаковывается и помещается в специальный контейнер для перевозки, на который заранее нанесена вся необходимая информация.
Хранилище стволовых клеток разработано специально для их долгосрочного хранения. Оно представляет собой резервуар с жидким азотом объемом 500 л, оснащенный внутренней системой для размещения криобоксов с пробирками. Оно оборудовано сигнализацией и компьютерной системой, позволяющей круглосуточно следить за уровнем жидкого азота и за температурой в хранилище. К настоящему времени опыт хранения стволовых клеток насчитывает 15 лет, причем после размораживания клетки сохраняют все свои свойства. Размораживают образцы в водяной бане при температуре 40-41°С в течение 3-5 минут. Размороженные клетки должны быть сразу перелиты реципиенту.
Сроки «жизни» образцов пуповинной крови ограничены не столько длительностью хранения, сколько тем, что количества стволовых клеток, содержащихся в пуповинной крови, обычно бывает достаточно только для трансплантации детям до 10-14 лет. Поэтому сроки хранения пуповинной крови, взятой у конкретного новорожденного для возможной трансплантации ему же, ограничены указанными рамками. (Кстати, пуповинную кровь можно использовать не только для самих детей, но и для их родственников, которые совместимы с ними иммунологически и имеют показания для трансплантации и для которых количества этой крови будет достаточно).
Ученые, занимающиеся исследованием стволовых клеток, уверены, что в ближайшем будущем сфера их возможного использования значительно увеличится, т.к. научные исследования в этой области развиваются чрезвычайно динамично, и работа по созданию специальных банков пуповинной крови в России идет интенсивно. Услуги по хранению стволовых клеток пуповинной крови позволяют в какой-то степени обезопасить жизнь ребенка, и, возможно, других членов семьи. Как быстро они приживутся в нашей стране - покажет время, с единственной оговоркой, что сам шанс сохранения «клеток-лекарей» дается родителям только один раз - в момент рождения ребенка.

Применение стволовых клеток

Для лечения анемии в 1988 году во Франции были впервые применены стволовые клетки. Высокоэффективное лечение стволовыми клетками опухолей, инсультов, инфарктов, травм, ожогов, заставило создавать в развитых странах специальные учреждения (банки) для хранения замороженных стволовых клеток в течение долгого времени.

В такой коммерческий именной банк крови уже сегодня возможно, по заказу родственников, поместить пуповинную кровь ребенка, с тем, чтобы в случае его травмы, болезни, была возможность использовать собственные стволовые клетки.

Пересадка внутренних органов восстанавливает здоровье человека только в том случае, если она проведена своевременно, и не произошло отторжение органа иммунной системой пациента. Примерно 75 % пациентов, нуждающихся в пересадке органов, погибает в период ожидания. Стволовые клетки могут стать идеальным источником «запасных частей» для человека.

Уже сегодня - спектр применения стволовых клеток в лечении самых тяжелых заболеваний очень широк.

Восстановление нервных клеток позволяет восстановить капиллярное кровообращение и вызвать рост капиллярной сети на месте поражения. Для лечения повреждённого спинного мозга используют введение нервных стволовых клеток, либо чистые культуры, которые затем превратятся на месте в нервные клетки.

Некоторые формы лейкозов у детей стали излечимы благодаря достижениям биомедицины. Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток применяется в современной гематологии, а трансплантация стволовых клеток костного мозга - в широкой клинике.

Исключительно сложны в лечении системные заболевания, вызванные нарушением функций иммунной системы: артриты, рассеянный склероз, красная волчанка, болезнь Крона. Гемопоэтические стволовые клетки применимы и при лечении этих заболеваниях Имеется практический клинический опыт в применении нейтральных стволовых клеток при лечении болезни Паркинсона. Результаты превосходят всякие ожидания.

Мезинхимальные (стромальные) стволовые клетки уже используют в ортопедической клинике несколько последних лет. С их помощью восстанавливают разрушенные суставные хрящи, костные дефекты после переломов. Кроме того, эти же клетки в последние два-три года используют методом прямого введения в клинике восстановления сердечной мышцы после инфаркта.

С каждым днем пополняется список болезней, которые поддаются лечению стволовыми клетками. И это даёт надежду на жизнь неизлечимым больным.

стволовой клетка эндокринология инфаркт

Применение стволовых клеток в медицине

Будущее клеточной терапии и трансплантологии, а, возможно, и медицины в целом связано использованием стволовых клеток, применяемых с целью замещения структурной и функциональной недостаточности различных органов. Использованию ЭСК в клеточной терапии многих заболеваний препятствует ряд проблем:

технические трудности в получении чистой линии человеческих ЭСК;

недостаток информации об индукции их дифференцировке in vitro;

наличие ряда биоэтических вопросов, которые возникают при использовании ЭСК, полученных из эмбриональной ткани. В ряде стран приняты запретительные ограничения на использование в исследовательской работе эмбриональной ткани человека.

существование риска канцерогенеза. Инъекция ЭСК мышам может формировать опухоли, именуемые тератомами.

иммунологические проблемы отторжения.

В последнее время в литературе уделяется достаточно много внимания РСК, которые найдены почти во всех органах. Основные преимущества РСК заключаются в том, что они могут быть использованы при необходимости как аутогенный клеточный материал. Поэтому не возникает проблем иммунологического отторжения, а также этических препятствий к их использованию. Недостатки и проблемы при использовании

РСК для клеточной терапии связаны с тем, что еще недостаточно изучены факторы их дифференцировки in vitro, их трудно получить в достаточном количестве для развития клинического эффекта после трансплантации. Кроме того, с возрастом их количество и терапевтический потенциал уменьшаются. Хотя о применении СК в различных областях медицины накоплены многочисленные экспериментальные данные, но клинические исследования находятся в основном еще в стадии апробации и требуют анализа и усовершенствования.

Большое внимание ряд исследователей уделяют использованию в медицине СК костного мозга: кроветворных и стромальных клеток.

Выращивая стромальные стволовые клетки (ССК) и получая достаточно большие их количества, можно задавать направление их дифференцировки. Эти клетки способны дифференцироваться в клетки хрящевой, костной, мышечной, жировой тканей, ткани печени и кожи. В ближайшее десятилетие это направление медицинской науки может стать основой для терапии наиболее распространенных заболеваний сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, опорно-двигательного аппарата.

Применение СК в кардиологии.

В последние годы сделано несколько ключевых открытий, связанных с применением СК в кардиологии. D. Ortic и соавт. вызывали у мышей повреждение кардиомиоцитов путем перевязки левой главной коронарной артерии. Затем животным вводили в пораженную стенку левого желудочка костномозговые СК, которые вызывали образование кардиомиоцитов, эндотелия и гладкомышечных клеток кровеносных сосудов. В результате удавалось добиться образования нового миокарда, включая коронарные артерии, артериолы и капилляры.

Через 9 дней после начала заместительной клеточной терапии вновь образованный миокард занимал 68% поврежденной территории левого желудочка. Таким образом, удалось заменить «отмерший» миокард живой, активно функционирующей тканью. Установлено, что введение СК в зону повреждения сердечной мышцы (зону инфаркта) устраняет явления постинфарктной сердечной недостаточности у экспериментальных животных. Так, стромальные клетки, введенные свиньям с экспериментальным инфарктом, уже через восемь недель полностью превращаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая ее функциональные свойства.

По данным Американского кардиологического общества за 2000 год у крыс с искусственно вызванным инфарктом 90% СК, введенных в область сердца, трансформируется в клетки сердечной мышцы. В культуре человеческие кроветворные СК, подобно мышиным СК, дифференцируются в разнообразные типы клеток, включая кардиомиоциты.

Первым клиническим применением СК для лечения инфаркта называют исследование, начатое во Франции в 2000 г.: при операции на открытом сердце вводили выращенные в культуре аутологичные скелетные миобласты (более 30 инъекций) в зону инфаркта и периинфарктную зону. В этом исследовании получены отдаленные результаты (год для первого больного): увеличение фракции выброса и улучшение симптоматики. В. Strauer с соавт. на 6-й день после развития острого трансмурального инфаркта трансплантировали больному СК костного мозга в окклюзированную коронарную артерию. Через 10 недель после трансплантации СК зона инфаркта уменьшилась с 24,6% до 15,7% поверхности левого желудочка. Сердечный индекс и ударный объем выросли на 20-30%, конечный диастолический объем при нагрузке снизился на 30%.

Польские клиницисты трансплантировали СК 10 больным с острым инфарктом миокарда. Авторы констатируют безопасность процедуры и отмечают, что спустя 5 месяцев после инфаркта миокарда у всех больных наблюдали увеличение фракции выброса левого желудочка. Авторы подчеркивают, что представленные материалы являются недостаточными для оценки эффективности и касаются только переносимости предлагаемого метода лечения.

Применение СК в неврологии и нейрохирургии.

Длительное время доминировало представление о том, что нервные клетки в головном мозге взрослой особи не делятся. И только в последние несколько лет доказано, что СК взрослого головного мозга могут формировать три главных типа клеток - астроциты, олигодендроциты и нейроны. Большое значение придают СК (в частности, стромальным) при лечении различных нейродегенеративных и неврологических заболеваний: болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, хореи Гентингтона, мозжечковых атаксий, рассеянного склероза и др. Болезнь Паркинсона вызывается прогрессирующей дегенерацией и потерей допамин-продуцирующих нейронов (ДП - нейронов), что приводит к развитию тремора, ригидности и гипокинезии. В нескольких лабораториях с успехом применяют методы, индуцирующие дифференцировку ЭСК в клетки со многими свойствами ДП - нейронов. После трансплантации СК, дифференцирующихся в ДП - нейроны, в головном мозге крыс с моделью болезни Паркинсона наблюдалась реиннервация головного мозга с высвобождением допамина и улучшением моторной функции.

G. Steinberg и соавт. из отдела нейрохирургии Стенфордского университета у крыс с моделью мозгового инсульта изучали выживаемость, миграцию, дифференцировку и функциональные свойства человеческих зародышевых нервных СК, вводимых животным в три разных участка тела, отличающихся по расстоянию от пораженного участка коры головного мозга. Через 5 недель после введения СК наблюдали миграцию клеток в область повреждения и их дифференцировку в нейроны. Результаты этого исследования свидетельствуют о потенциальной возможности использования СК в лечении мозгового инсульта.

В работах (Института биологии гена РАН, Институт биологии развития РАН, Институт акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН) выделены региональные нейтральные стволовые клетки плода человека, дана их подробная иммуно-гистохимическая характеристика, в том числе на проточном флюориметре. В опытах с трансплантацией стволовых нейральных клеток человека в мозг крыс была показана их приживляемость, миграция на достаточно большие расстояния и способность к дифференцировке. Последняя в значительной степени определяется микроокружением, в которое попадает трансплантат. Так, при трансплантации нейральных стволовых клеток человека, в ту область мозжечка крысы, где расположены клетки Пуркинье, они дифференцируются в направлении именно этого типа клеток, о чем свидетельствует синтез в них белка калбиндина, специфического продукта клеток Пуркинье.

Применение СК в эндокринологии.

Региональные СК существуют в поджелудочной железе в панкреатических протоках и островках Лангерганса. В нескольких последних сообщениях указывается, что СК, экспрессирующие нестин (который обычно рассматривается как маркер нервных клеток), могут генерировать все типы островковых клеток.

В настоящее время существует несколько подходов к созданию клона инсулин - продуцирующих клеток. В качестве исходного материала используют выделенные из человеческого трупа или полученные при биопсии поджелудочной железы в клетки и прогениторные клетки из панкреатических протоков.

Наиболее перспективным для получения инсулин-продуцирующих клеток считают использование эмбриональных клеток.

Испанские исследователи с помощью генной инженерии получили инсулин-продуцирующие клетки, которые трансплантировали мышам с диабетом. Через 24 ч содержание глюкозы у мышей снизилось до нормы. Спустя 4недели у 60% мышей уровень гликемии оставался нормальным, что свидетельствовало о приживлении трансплантированных клеток. Более того, клетки, продуцирующие инсулин, обнаружены у этих животных в селезенке и печени. Однако проблема заключается в том, что пока удается получить очень небольшое число инсулин - продуцирующих клонов.

Российскими биологами (Института биологии гена РАН, Харьковский институт криобиологии и фирма Вирола) разработана методика индукции в культуре стволовых стромальных клеток дифференцировки в направлении клеток, подобных клеткам островков Лангерганса, синтезирующим инсулин. Синтез этого белка был продемонстрирован с помощью современных методов молекулярной биологии и цитологии.

Интересно, что эти клетки формируют в культуре структуры, напоминающие островки Лангерганса. Они могут быть использованы для лечения диабета.

Применение СК в гепаталогии.

Много исследований посвящено изучению природы СК, которые могут восстанавливать печень взрослых млекопитающих. Работы, выполненные на грызунах, свидетельствуют о том, что СК костного мозга могут находиться в печени после ее повреждения и обнаруживают пластичность, превращаясь в гепатоциты. Е. Lagasse и соавт. вводили мышам с моделью печеночной недостаточности нефракционированные мышиные КСК. Введение этих клеток способствовало восстановлению показателей печеночных функций и увеличению выживаемости.

Применение СК в гематологии.

Одна из популяций костномозговых стволовых клеток - КСК ответственны за продукцию всех типов клеток крови. Эти клетки изучаю туже более 50 лет. К числу первых заболеваний, при которых стали использовать с лечебной целью КСК относятся, гемобластозы, острые лейкозы, хронический миелолейкоз, миеломная болезнь и др.

При перечисленных заболеваниях опухолевые гемопоэтические клетки разрушаются с помощью больших доз химиотерапии или общего облучения с последующим восстановлением нормального гемопоэза путем трансплантации аллогенных КСК.

Применение СК в лечении аутоиммунных болезней.

По аналогии с лечением гемобластозов изучают возможность использования КСК при некоторых аутоиммунных заболеваниях - системной красной волчанке, синдроме Съегрена, ревматоидном артрите, сахарном диабете типа 1 и рассеянном склерозе.

При перечисленных заболеваниях у больных собирались и замораживались КСК, затем пациенты получали высокодозированную химио-радиотерапию, после чего проводилась ауготрансплантация ранее замороженных КСК. После указанной процедуры в течение 3лет наблюдали 7 больных. На протяжении всего периода наблюдения у больных отсутствовали активные проявления болезни, и они не нуждались в иммуносупрессивной поддерживающей терапии.

Чрезвычайно перспективным представляется создание криобанка СК человека и организация соответствующей донорской службы.

Основной задачей криобанка СК человека является: обработка (уменьшение объема замораживаемого образца), удаление не определяющих дальнейшее применение клеточных элементов, смешивание скриоконсервантом и длительное, практически неограниченное во времени, хранение ранее заготовленных СК, вне зависимости от источника их получения.

Наиболее реальный на сегодня и практически неограниченный источник СК - пуповинная кровь.

Существуют криобанки СК с образцами для каждого родившегося ребенка, собранными из его пуповины и замороженными. При заболевании (онкологических, нарушениях иммунной системы, заболеваниях крови, мышц, кожи и т. д.) человек может воспользоваться трансплантацией собственных СК, которая включит механизмы самовосстановления поврежденных органов и систем. Сегодня в мире имеется несколько десятков таких официально зарегистрированных криобанков, примерно половина из них в США

Суммируя представленные данные о роли СК в организме человека, методах их выделения и использования, можно заключить, что изучение СК в любом аспекте представляется крайне актуальной научной проблемой, решение которой способно совершить качественный прорыв в медицине.

Недифференцированные стволовые клетки, которые активно используются в медицине, представляют собой основу для развития клеток мозга, крови или любого другого органа. В современной фармакологии и косметологии этот биологический материал является ценным лекарством. Специалисты научились самостоятельно выращивать его для разных нужд: например, брать материал пуповинной крови, который широко применяют для восстановления и укрепления иммунной системы.

Что такое стволовые клетки

Если объяснять понятным языком, то СТ (стволовые недифференцированные клетки) представляют собой «прародителей» обычных клеток, которых насчитывается сотни тысяч видов. Обычные клетки отвечают за наше здоровье, обеспечивают исправную работу жизненно необходимых систем, заставляют наше сердце биться и работать мозг, они ответственны за пищеварение, красоту кожи и волос.

Где находятся стволовые клетки

Невзирая на внушительную цифру в 50 миллиардов штук, такой ценный материал у взрослого человека имеется в очень малых количествах. В основной массе клетки содержатся в костном мозге (мезенхимальные клетки и стромальные клетки) и подкожном жире, остальные равномерно распределены по всему телу.

По-другому сформирован эмбрион. Миллиарды стволовых клеток образуются после деления зиготы, которая является результатом слияния мужской и женской гамет. Зигота хранит в себе не только генетическую информацию, но и план последовательного развития. Однако в процессе эмбриогенеза ее единственной функцией является деление. Других задач, помимо передачи генетической памяти следующему поколению, нет. Клетки деления зиготы и являются стволовыми, точнее, эмбриональными.

Свойства

Взрослые клетки находятся в состоянии покоя, пока какая-либо из регулирующих систем не подаст сигнал об опасности. СТ активируются и по кровотоку добираются до пораженного места, где, считывая информацию с «соседок», превращаются в костные, печеночные, мышечные, нервные и другие составляющие, стимулируя внутренние резервы организма к восстановлению тканей.

Количество чудо-материала с возрастом уменьшается, притом начало сокращения приходится на совсем юный возраст – 20 лет. К 70 годам клеток остается очень мало, этот мизерный остаток поддерживает функционирование систем жизнеобеспечения организма. Помимо этого, «постаревшие» СТ частично теряют свою универсальность, они уже не могут перевоплощаться в любой тип ткани. Например, исчезает возможность превращения в нервные и кровяные составляющие.

По причине недостачи гемопоэтических составляющих, отвечающих за кровообразование, человек на старости лет покрывается морщинами и иссыхает из-за того, что кожа уже не получает достаточного питания. Эмбриональный материал самый способный в деле перевоплощения, значит, самый ценный. Такие СТ могут переродиться в любой вид ткани в организме, быстро восстановить иммунитет, стимулировать орган к регенерации.

Разновидности

Может показаться, что разновидностей стволовых клеток только две: эмбриональные и клетки, находящиеся в организме родившегося человека. Но это не так. Их классифицируют по полипотентности (способности перевоплощаться в другие виды тканей):

• тотипотентные клетки;
• плюрипотентные;
• мультипотентные.

Благодаря последнему виду, как можно понять по названию, можно получить любые ткани в организме человека. Это не единственная классификация. Следующее различие будет заключаться в способе получения:

• эмбриональные;
• фетальные;
• постнатальные.

Эмбриональные СТ берутся у эмбрионов, которым несколько дней. Фетальные клетки – это биологический материал, собранный из тканей эмбрионов после абортов. Их потентность по сравнению с трехдневными эмбрионами несколько ниже. Постнатальный вид – это биоматериал рожденного человека, добываемый, например, из пуповинной крови.

Выращивание стволовых клеток

Изучая свойства эмбриональных стволовых клеток, ученые пришли к выводу, что это материал, идеальный для трансплантации, так как им можно заменить любые ткани в организме человека. Эмбриональные составляющие получают из неиспользованной ткани эмбрионов, которых изначально выращивают для­ искусственного оплодотворения. Однако использование эмбрионов вызывает этические возражения, в результате ученые открыли новый тип стволовых клеток – индуцированные плюрипотентные.

Индуцированные плюрипотентные клетки (iPS) сняли этические проблемы без потери уникальных свойств, которыми обладают эмбриональные. Материалом для их выращивания служат не эмбрионы, а зрелые дифференцированные клетки пациента, которые извлекают из организма, а после проведения работ в специальной питательной среде, возвращают обратно, но уже с обновленными качествами.

Применение

Применение СТ очень широко. Определить области, где они употребляются, тяжело. Большинство ученых заявляет, что за лечением донорским биоматериалом будущее, однако дополнительные исследования следует продолжать проводить. На данный момент такие работы в большинстве своем успешные, они положительно отразились на лечении многих заболеваний. Взять, например, помощь в лечении рака, первые этапы которой уже дали надежду на выздоровление многим больным.

В медицине

Медицина не случайно возлагает огромные надежды на микротехнологии. Уже 20 лет врачи со всего мира используют мезенхимальные клетки костного мозга для лечения серьезных заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. Донором такого материала с набором антиген может стать близкий родственник больного, у которого подходящая группа крови. Ученые проводят и другие исследования в области лечения таких заболеваний, как цирроз печени, гепатит, патологии почек, диабет, инфаркт миокарда, артроз суставов, аутоиммунные болезни.

Лечение стволовыми клетками различных заболеваний

Спектр использования в лечении поражает. Из СТ делают многие лекарства, но особым преимуществом пользуются трансплантации. Не все пересадки заканчиваются хорошо из-за индивидуального отторжения материала, но лечение в большинстве случаев успешно. Оно используется против таких недугов:

• острый лейкоз (острый лимфобластный, острый миелобластный, острый недифференцированный и другие виды острого лейкоза);
• хронические лейкозы (хронический миелоидный, хронический лимфоцитарный и другие типы хронического лейкоза);
• патологии пролиферации миелоидного ростка (острый миелофиброз, истинная полицитемия, идиопатический миелофиброз и другие);
• фагоцитарные дисфункции;
• наследственные нарушения метаболизма (болезнь Гарлера, болезнь Крабе, метахромная лейкодистрофия и другие);
• наследственные расстройства работы иммунной системы (дефицит адгезии лимфоцитов, болезнь Костманна и другие);
• лимфопролиферативные расстройства (лимфогранулематоз, неходжкинская лимфома);
• другие наследственные расстройства.

В косметологии

Методы использования стволовых клеток нашли свое применение в сфере красоты. Косметологические фирмы все больше выпускают средств с такой биологической составляющей, которая может быть, как животной, так и человеческой. В составе косметики ее маркируют как Stem Cells. Ей приписывают чудодейственные свойства: омолаживание, отбеливание, регенерация, восстановление упругости и эластичности. Некоторые салоны даже предлагают инъекции стволовых клеток, однако введение препарата под кожу будет дорогостоящим.

Выбирая то или иное средство, не ведитесь на «удочку» красивых высказываний. Данный биоматериал не имеет никакого отношения к антиоксидантам, да и провести омоложение на десяток лет за одну неделю не получится. Учтите, что такие крема и сыворотки не будут стоить копейки, ведь получение стволовых клеток - это процесс непростой и трудоемкий. Например, японские ученые пытаются заставить улиток выделять больше слизи с содержанием заветного материала в лабораториях. Вскоре эта слизь станет основой новой косметики.

Видео: Стволовая клетка

Современные медицинские технологии XXI века могут то, о чем даже не могли мечтать наши предки. Например, возможно распечатать на 3d-принтере часть имплантата межпозвонкового диска или сделать из специального пластика фрагмент, который идеально подходит пациенту. Но наш собственный организм уже содержит всю необходимую информацию о каждом веществе и каждой структуре, которая в нем когда-то существовала.Эта информация закодирована в генах и хромосомах, которые хранятся в ядре соматической клетки. Но человек так устроен, что «вытащить» ее оттуда в нужный момент не получается. Ядро клетки вовсе не похоже на хранилище чертежей при заводском конвейере. Только стволовые клетки организма могут запустить этот процесс. Наибольшая их часть активно действовала во время внутриутробного развития человека. Ведь эмбрион способен превратиться во взрослую особь с помощью простого деления пополам, и это продолжается некоторое время до начала специализации.

Стволовые клетки новорожденного содержатся в таком бесценном материале, как пуповинная кровь. Извлеченные оттуда, они по активности и способности специализации далеко обгоняют все, что находится в организме взрослых. Кроме этого, небольшой «запас» находится в пульпе выпавших молочных зубов. Стволовые клетки в зубах – это последний подарок малышу от природы на восстановление собственных тканей.

Затем, по мере формирования организма, стволовые клетки теряют свой «запал», и становятся нужными только там, где происходит постоянная наработка новых клеток в очень большом объеме. Эти новейшие стволовые клетки занимаются постоянным обновлением крови. Кровь – это уникальная, высокоспециализированная ткань, и производится она в красном костном мозге.

Стволовые клетки мозга являются единственными действующими в человеческом организме, который развился и стал взрослым. Более того, эти структуры остаются активными и не снижают своей «плодовитости» до самой смерти человека, производя колоссальное потомство.

Можно сказать, что стволовые клетки мозга являются бессмертными, но при этом они не просто воспроизводят свои копии, а способны к специализации. В зависимости от необходимости и нужных биохимических стимулов они способны превращаться в эритроциты, лейкоциты всех видов, тромбоциты.

Самыми главными являются полипотентные стволовые клетки . Их популяция поддерживается на небольшом количестве. Затем они, накапливаясь и делясь в очень больших количествах, постепенно приобретают нужную специализацию, превращаясь в полнофункциональные клетки крови.

Но такая «узкая специализация» привела к тому, что стволовые клетки мозга (красного костного) с большим трудом могут «вспомнить» прошлое, и превратиться, скажем, в нейроны или миокардиоциты. Вследствие этого возможности их трансплантации во многом ограничены.

Как это ни прискорбно, но кроме красного костного мозга, у взрослого человека взять стволовые клетки неоткуда. Природа не терпит пустоты, и эти структуры находятся только там, где идет интенсивное образование новых клеток. Любые анаболические процессы: заживление ран, созревание яйцеклеток в яичнике у женщин и сперматогенез у мужчин – по темпам далеко отстают от кроветворения.

Именно поэтому при необходимости, когда требуется пересадка стволовых клеток , для этого используются или собственные стволовые клетки из крови , или берутся аналогичные материалы у родственников. Конечно, трансплантация стволовых клеток родственников имеет меньшие шансы на успех. Представьте, что у вас дома кот ободрал обои, и вам нужно поменять небольшой кусок. Оригинальных остатков у вас нет, а в магазине вам предлагают очень похожие, но все – таки не те. Точно так же обстоит дело и с пересадкой стволовых клеток родственников, только вместо эстетического дискомфорта следует опасаться большего числа осложнений и меньшего клинического эффекта.

Зато бесценным источником куда более «сильных» клеток является пуповинная кровь и стволовые клетки в зубах (молочных).

Что же делать? Пользоваться при необходимости собственными стволовыми клетками мозга , хотя мы надеемся, что этот момент никогда не наступит. Но в наших силах обезопасить подрастающие поколения и сохранить здоровье еще нерожденным малышам. Для этого просто нужно организовать при родах взятие пуповинной крови , которая помещается в специальный банк стволовых клеток и хранится там при температуре жидкого азота до тех пор, когда она понадобится.

Если этот момент упущен, то можно получить стволовые клетки из молочных зубов ваших малышей и отправить их на длительное хранение. Банк стволовых клеток молочных зубов и пуповинной крови – это европейское изобретение. Банк стволовых клеток в Европе (один из лучших) находится во Франции, а также в княжестве Монако. Сделать шаг в правильном направлении поможет компания Кофранс (Cofrance SARL), работающая с ведущим в Европе биологическом банком стволовых клеток.

Узнать подробности вы можете на сайте фирмы, поскольку компания имеет сервис для обслуживания русскоговорящих клиентов. Ведь альтернативы сохранить здоровье и жизнь вашим детям и внукам в России с помощью клеточных технологий пока нет и не предвидится.

Стволовые - это недифференцированные клетки, которые в качестве «запаса стратегического назначения» присутствуют в организме человека на любом из этапов его жизни. Особенностю является их неограниченная способность к делению и способность давать начало любым видам специализированных клеток человека.

Благодаря их наличию происходит постепенное клеточное обновление всех органов и тканей организма и восстановление органов и тканей после повреждения.

История открытия и исследования

Первым доказал существование стволовых клеток русский ученый Александр Анисимов. Это случилось в далеком 1909 году. Их практическое применение заинтересовало ученых намного позже, примерно в 1950 году. И только в 1970 году были впервые пересажены стволовые клетки больным с лейкозом, а данный метод лечения стал применяться во всем мире.

Примерно с этого времени изучение стволовых клеток было выделено в отдельное направление, начали появляться отдельные лаборатории и даже целые НИИ, разрабатывающие способы лечения при помощи клеток-предшественников. В 2003 году появилась первая российская биотехнологическая компания под названием «Институт стволовых клеток человека», которая на сегодняшний день является крупнейшим хранилищем образцов стволовых клеток, а также продвигает на рынке собственные инновационные лекарственные препараты и высокотехнологичные услуги.

На данном этапе развития медицины ученым удалось получить из стволовой клетки яйцеклетку, что в будущем позволит бесплодным парам иметь собственных детей.

Видео: Успешные биотехнологии

Где находятся клетки-предшественники

Стволовые клетки можно встретить практически в любой части человеческого тела. Они в обязательном порядке присутствуют в любой из тканей организма. Максимальное их количество у взрослого содержится в красном костном мозге, чуть меньше в периферической крови, жировой ткани, коже.

Чем более юным является организм, тем больше их он содержит, тем более эти клетки активные в плане скорости деления, и тем шире диапазон специализированных клеток, которым каждая клетка-предшественница может дать жизнь.

Откуда берут материал

• Эмбриональные.

Наиболее «лакомыми» для исследователей являются стволовые клетки эмбрионов, так как чем меньше прожил организм, тем более пластичными и биологически активными являются клетки-предшественники.

Но если клетки животных исследователям получить не проблема, то любые опыты с использованием человеческих эмбрионов признаны неэтичными.

Это даже при том, что по статистике примерно каждая вторая беременность в современном мире заканчивается абортом.

• Из пуповинной крови.

Доступными в плане морали и законодательных решений ряда стран являются стволовые клетки пуповинной крови, самой пуповины и плаценты.

В настоящее время создаются целые банки стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови, которые впоследствии можно будет использовать для лечения целого ряда заболеваний и последствий травм тела. На коммерческой основе именной «депозит» для своего ребенка предлагают сделать родителям многочисленные частные банки. Одним из аргументов против того, чтобы собирать и замораживать пуповинную кровь, является их ограниченное количество, которое можно получить таким путем.

Считается, что для восстановления кроветворения после химио- или радиотерапии собственных размороженных стволовых клеток будет достаточно только ребенку до определенного возраста и массы тела (до 50 кг).

Но не всегда нужно восстанавливать такое большое количество тканей. Для восстановления, например, того же хряща коленного сустава достаточно будет только малой части сохраненных клеток.

То же касается восстановления клеток поврежденной поджелудочной железы или печени. А так как стволовые клетки из одной порции пуповинной крови перед замораживанием разделяют на несколько криопробирок, то всегда можно будет использовать небольшую часть материала.

• Получение стволовых клеток от взрослого человека.

Не всем посчастливилось получить от родителей свой «неприкосновенный запас» стволовых клеток из пуповинной крови. Потому на данном этапе разрабатываются способы их получения от взрослых людей.

Основными тканями, которые могут служить источниками, являются:

• жировая ткань (взятая во время липосакции, например);
• периферическая кровь, которую можно взять из вены);
• красный костный мозг.

Стволовые клетки взрослых, полученные из разных источников, могут иметь некоторые отличия, связанные с потерей клетками универсальности. Так, например, клетки крови и красного костного мозга могут давать начало преимущественно клеткам крови. Они называются гемопоэтическими.

А стволовые клетки из жировой ткани намного легче дифференцируются (перерождаются) в специализированные клетки органов и тканей тела (хрящей, костей, мышц и проч.). Они получили название мезенхимальные.

В зависимости от маштабности задачи, которая стоит перед учеными, им может потребоваться разное количество таких клеток. Так, например, сейчас разрабатывают способы выращивания из них зубов, полученных из мочи. Их там не так уж и много.

Но учитывая тот факт, что зуб нужно вырастить лишь однажды, а срок службы его значительный, то и стволовых клеток на него нужно немного.

Видео: Покровский Банк Стволовых Клеток

Банки хранения биологического материала

Для хранения образцов создаются специальные банки. В зависимости от цели хранения материала они могут быть государственными. Их еще называют банками-регистраторами. Регистраторы хранят стволовые клетки безымянных доноров и могут на свое усмотрение предоставлять материал любым лечебным или исследовательским учреждениям.

Также есть коммерческие банки, которые зарабатывают деньги на хранении образцов от конкретных доноров. Использовать их могут только их владельцы для лечения себя или близких родственников.

Если говорить о востребованности образцов, то статистика здесь следующая:

• в банках-регистраторах бывает востребован каждый тысячный образец;
• материал, хранящийся в частных банках, бывает востребован еще реже.

Тем не менее, хранить именной образец в частном банке имеет смысл. Причин для этого несколько:

• донорские образцы стоят денег, порой немалых, и сумма, требуемая для покупки образца и доставки его в нужную клинику, зачастую во много раз превосходит стоимость хранения собственного образца в течение нескольких десятилетий;
• именной образец можно использовать для лечения кровных родственников;
• можно полагать, что в будущем восстанавливать органы и ткани с использованием стволовых клеток будут намного чаще, чем это происходит в наше время, потому и спрос на них будет только расти.

Применение в медицине

Фактически единственное уже изученное направление их использования – это пересадка костного мозга как этап лечения лейкозов и лимфом. Некоторые исследования по реконструкции органов и тканей при помощи стволовых клеток уже достигли этапа проведения экспериментов на людях, но о массовом внедрении в практику врачей речь пока не идет.

Для получения новых тканей из стволовых клеток обычно необходимо выполнить следующие манипуляции:

• забор материала;
• выделение стволовых клеток;
• выращивание стволовых клеток на питательных субстратах;
• создание условий для превращения стволовых клеток в специализированные;
• снижение рисков, связанных с возможностью злокачественного перерождения клеток, полученных из стволовых;
• трансплантация.

Выделяют стволовые клетки из взятых для проведения эксперимента тканей при помощи специальных приборов, которые называются сепараторами. Существуют также и различные методики осаждения стволовых клеток, но результативность их во многом определяется квалификацией и опытом персонала, а также существует риск бактериального или грибкового заражения образца.

Полученные стволовые клетки помещают в специально подготовленную среду, которая содержит лимфу или сыворотку крови новорожденных телят. На питательном субстрате они многократно делятся, их количество увеличивается в несколько тысяч раз. Перед тем, как вводить в организм, ученые направляют их дифференцировку в определенную сторону, например, получают нервные клетки, клетки печени или поджелудочной железы, хрящевую пластинку и др.

Именно на этом этапе есть опасность их перерождения в опухолевые. Чтобы этого не допустить, разрабатываются специальные методики, снижающие вероятность ракового перерождения клеток.

Методы введения клеток в организм:

• введение клеток в ткани непосредственно в том месте, где была травма или ткани были повреждены в результате патологического процесса (болезни): введение стволовых в область кровоизлияния в головной мозг или в место повреждения периферических нервов;
• введение клеток в кровяное русло: так вводят стволовые клетки при лечении лейкозов.

За и против использования стволовых клеток с целью омоложения

Изучение и использование в СМИ все чаще называют способом достичь бессмертия или по крайней мере долголетия. Уже в далеких 70-х годах стволовые клетки в качестве омолаживающего средства вводили престарелым членам Политбюро КПСС.

Теперь же, когда появилось некоторое количество частных исследовательских биотехнологических центров, некоторые исследователи стали проводить омолаживающие инъекции стволовых клеток, взятых до этого у самого пациента.

Стоит такая процедура достаточно дорого, а вот результат ее никто гарантировать не может. Соглашаясь, клиент должен осознавать, что он участвует в эксперименте, так как многие аспекты их использования еще не изучены.

Видео: Что могут Стволовые клетки

Наиболее распространенными видами процедур являются:

• введение стволовых клеток в дерму (процедура чем-то напоминает биоревитализацию);
• заполнение кожных дефектов, добавление объема тканям (это уже больше похоже на использование филлеров).

Во втором случае используется собственная жировая ткань пациента и его стволовые клетки в смеси со стабилизированной гиалуроновой кислотой. Опыты на животных показали, что такой коктейль позволяет большему количеству жировой ткани прижиться и длительно сохранять объем.

Проводились первые эксперименты на людях, которым по данной методике удалялись морщины и проводилось увеличение молочных желез. Однако данных еще недостаточно, чтобы любой из врачей мог повторить данный опыт на своем пациенте, обеспечив ему гарантированный результат.