Клеточная косметика. Статьи.

Один из основных источников получения стволовых клеток в настоящее время - эмбриональные ткани. Для получения стволовых клеток необходимо разрушение эмбрионов. Источников получения эмбрионов три, и каждый имеет свои этические "но". Наименее морально проблематичен метод получения эмбрионов методом экстракорпорального оплодотворения, но многие группы исследователей используют другие способы.

Источники получения эмбрионов:

- клиники, практикующие экстракорпоральное оплодотворение, во время оплодотворения in vitro обычно используют более одной оплодотворенной яйцеклетки, так как часто первая имплантация может оказаться безуспешной, и потребует еще нескольких процедур. В результате остаются тысячи невостребованных яйцеклеток, которые можно использовать для получения стволовых клеток;

- эмбрионы - продукты клонирования;

- эмбрионы, специально полученные для выделения стволовых клеток путём смешивания яйцеклеток и спермы.

Эмбриональные стволовые клетки - стволовые клетки, выделяемые из ранних эмбрионов (на этапе бластоцисты или из полового зачатка 5-недельных эмбрионов) или тератокарциономы (опухолевой линии) in vitro. Они обладают рядом уникальных свойств, резко отличающих их от других клеток организма.

Все специализированные клетки взрослого организма происходят из эмбриональных стволовых клеток. Стволовые клетки - это "неприкосновенный запас" информации эмбриогенеза, которую нельзя свести только к генам, поскольку каждый этап развития не запрограммирован автоматически, а зависит от сигналов микроокружения. Полагают, что все нормальные органы и ткани человека сохраняют "реликты" зародышевой ткани в виде микровкраплений стволовых клеток.

Для генетиков эмбриональные стволовые клетки - это ключ к расшифровке языка и кодов органогенеза. Изучение эмбриогенеза человека ограничено биоэтикой, поскольку ранние зародыши человека не могут быть средством в руках ученого. Развитие других млекопитающих имеет свои особенности, эмбриональные стволовые клетки остаются единственной экспериментальной возможностью изучить аномалии органогенеза человека.

Современная генетика и фармакология нацелены на изучение биологии и сигналов стволовых клеток. Программы контролированного поведения стволовых клеток оказались на порядок сложней и многообразней дифференцированных клеток.

В течение нескольких дней деления эмбрион растет и превращается в шарик из одинаковых, неспециализированных клеток. Примерно через шесть дней эта группа клеток превращается в бластоцисту, которая состоит из наружного сферического слоя клеток, окружающих полость, наполненную жидкостью и стволовыми клетками. Стволовые клетки собирают из так называемой внутренней массы, разрушая бластоцисту.

Собранные стволовые клетки размножаются в лаборатории в целый ряд специализированных клеток. Исследователей поддерживает надежда, что эти клетки могут быть сначала превращены в какую либо ткань и затем трансплантированы.

Первым и основным источником сырья для получения лабораторных соматических клеток остаются клоны эмбриональных стволовых клеток, выделенные из бластоцист человека. Часть наиболее растущих клонов приводят в линию эмбриональных стволовых клеток. Затем начинается многоэтапная дифференцировка клеток в нейроны, кардиомиоциты, клетки кроветворения, эпителий тонкой кишки или эпителий эндокринных желез (производственные экто-, мезо- и эдодермы) и другие клеточные типы. Дифференцировка эмбриональных стволовых клеток в соматические клетки идет в обход гаструляции и без образования трех зародышевых листков.

Второй источник эмбриональных стволовых клеток - половой зачаток плодов (фетусов) 4-5-й недели развития или половые клетки.

Хотя концентрация стволовой клетки была предложена Александром Максимовым в 1908 году для кроветворной ткани, статус большой науки эта область получила в последнее десятилетие ХХ века. Первая попытка лабораторного оплодотворения яйцеклетки млекопитающих датирована в 1878 годом. Но лишь в 1959 году США был получен первый кролик путем искусственного оплодотворения. Первые природные тотипотентные клетки человека оказались в руках экспериментаторов только в начале 60-х годов. С середины 90-тых годов не прекращались попытки получения линий эмбриональных стволовых клеток человека в нескольких лабораториях США, Великобритании, Канады, Индии, Австралии, Сингапура, Японии.

В 1998 году Институт репродуктивной биологии в Норфолке (Канада) первым наладил производство бластоцист человека из банка спермы и яйцеклеток. На первом этапе бластоцисты использовались для выделения линий эмбриональных стволовых клеток человека. Однако канадцы не успели первыми изолировать линию эмбриональных стволовых клеток человека из "лабораторных" бластоцист. В 1998 году Джеймс Томсон и Джон Беккер (Висконсинский университет, США) изолировали пять линий эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) из замороженных бластоцист человека, оставшихся неиспользованными после суперовуляции и получения яйцеклеток, оплодотворенные с целью беременности. Опубликованные в 1999 году в журнале Science результаты экспериментов были призваны третьими по важности событием в биологической науке ХХ века после открытия двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека. Уникальное свойство эмбриональных стволовых клеток - тотипотентность, то есть способность дать начало, по меньшей мере, 350 различным типам клеток, а также внеэмбриональным тканям (плацента, эмбриональные оболочки) и эмбриону в целом. Но большая часть исследователей считает, что ЭСК все-таки плюрипотентны, так как на сегодняшний день еще не удалось получить экстраэмбриональные ткани.

Это свойство ЭСК послужило толчком к бурной исследовательской деятельности по изучению эмбриональных стволовых клеток и открыло широкие перспективы их практического использования в биологии и медицине, в первую очередь в трансплантологии, иммунологии и геронтологии. Оригинальный метод получения эмбриональных СК из бластоцисты человека изложен в знаменитом патенте № 6.200.806, полученном в марте 2001 года Висконсинским фондом питомцев. Патент продан фирме Geron частично, на получение некоторых специализированных клеток человека (нейроны, кардиомиоциты, клетки печени, клетки поджелудочной железы).

Кроме того, эмбриональная стволовая клетка отличается от других (взрослых) клеток тем, что, теоретически, для нее лимит делений неисчерпаем, и клетка может делится бесконечно, но без образования злокачественной опухоли. Таким образом, второе важное свойство эмбриональных СК - фактическое бессмертие (иммортальность). Итак, весьма заманчиво взять стволовую клетку, заставить её пройти путь дифференцировки, получить из неё готовые ткани (органы) и пересадить их в живой организм.

Какие же проблемы возникнут у экспериментатора на пути к осуществлению задуманного? Проблема первая: где взять эмбриональные стволовые клетки? Основной их источник - абортивный материал и материал остающийся от искусственного оплодотворения. Католическая церковь, религиозные общины, различные общественные организации, исходя из биоэтических соображений, призывают вместе с абортами запретить и исследование эмбриональных стволовых клеток. В связи с этим во многих странах проекты, касающиеся эмбриональных стволовых клеток, на сегодняшний день заморожены. Другой вариант: если, как указывалось, эмбриональная стволовая клетка бессмертна и саморазмножается, тогда достаточно удобно использовать бесконечную клеточную линию ее потомков. Однако время от времени происходящие генетические мутации в ЭСК будут передаваться дочерним клеткам и накапливаться в последующих клеточных поколениях.

После получения эмбриональных стволовых клеток встает другая проблема: как направить их по пути дифференцировки. Потенциально из клеток-предшественников можно вырастить массу любых тканей и, в принципе, любой человеческий орган. Вопрос заключается в том, как создать соответствующие условия и подобрать сочетание индукторов, чтобы развитие эмбриональных СК пошло в нужном направлении. Работы по выращиванию органов уже ведутся и достигнуты определённые успехи.

После того как "выращен" трансплантат, возникает проблема иммунологической совместимости тканей трансплантата и реципиента. Каждый организм индивидуален и имеет набор генетических маркеров, по которым иммунная система распознаёт их: "свой" или "чужой". Решить проблему антигенной несовместимости тканей можно двумя способами: либо внедряя гены будущего реципиента в культуру эмбриональных стволовых клеток на этапе выращивания органа (до сих пор этого никому не удавалось сделать), либо угнетая иммунную систему реципиента с помощью иммуносупрессоров. Последний метод имеет большое количество негативных последствий в связи с риском развития инфекционных осложнений, опухолеобразования и не гарантирует приживление трансплантата. Если в третий вариант - пересадка трансплантата, который заведомо не столкнется с иммунной системой реципиента, например нейротрансплантация, успешно осуществляемая при болезни Паркинсона (преградой для иммунной системы служит гематоэнцефалический барьер).

Кроме того, у эмбриональных стволовых клеток есть еще одно негативное свойство - давать опухолевый рост при подсадке мышам с дефектной иммунной системой. И хотя работа антигенов тканевой совместимости в эмбриональной ткани снижена (что соответственно, будет давать менее выраженную реакцию отторжения при трансплантации), тем не менее, вести речь о введении эмбриональных стволовых клеток следует только после их дифференцировки в специализированные ткани. Использование клеток, выделяемых из человеческого эмбриона, связано с этическими проблемами. Одновременно возникают проблемы гистосовместимости при использовании частично дифференцированных клеток. Инородный или аллогенный материал может нанести чуждые вашему организму гены. Поэтому в настоящее время все большее внимание уделяется собственным стволовым клеткам, аутологичным клеткам взрослого организма. Впервые подобные клетки были обнаружены еще в 60-х годах прошлого века российским ученым Александром Фринштейном в костном мозге. Они представляли собой совершенно отдельную фракцию костного мозга, способствующую кроветворению и заживлению костной ткани при переломах. Как оказалось, они способны дифференцироваться во многие типы клеток, таких как адипоциты, миоциты, остеоциты, хондроциты (клетки жира, мышц, костей, хрящей) и так далее, и обладают очень высоким регенеративным потенциалом. Открытие Фриденштейна не нашло себе применения долгие годы вплоть до конца прошлого столетия. Бум исследований в этой области пришелся на конец 90-тых годов, когда обнаружили стволовые клетки эмбриона человека. Стало очевидно, что это открытие означает начало новой эры в медицине.

Современные технологии позволяют использовать не эмбриональные клетки, а собственные - мезенхимальные, которые можно выделить из костного мозга. Мезенхимальные стволовые клетки очень легко превращаются в в эпителиальные клетки, в нейроны, поэтому что это эпителиально-мезенхимальная конфигурация. Сейчас это целое огромное направление - как мезенхимальную клетку трансформировать в эпителий. И сейчас мы имеем совершенно новые технологии, как из собственной мезенхимы получать любой эпителий. Это не связано со свойствами эмбриональных стволовых клеток. Фактически можно заставить размножаться собственные нервные клетки.

Научные данные последних лет говорят о наличии стволовых клеток практически во всех органах и тканях человека. Применение в клинике стволовых клеток взрослого организма имеет неоспоримые преимущества. В особенности, если речь идет об аутологической трансплантации, то есть использовании ваших собственных клеток, когда нет риска столкнуться с неустановленными генетическими дефектами донорского материала, возможной иммунной реакцией или неизвестными пока вирусами. Мезенхимимальные стволовые клетки (МСК) можно применять и без направленной дифференцировки, они не экспрессируют антигенов гистосовместимости, не вызывают иммунного ответа организма. Эти клетки способны останавливать воспалительные процессы, нормализовывать сбои в работе различных систем и пополнять пространство стволовых ниш, замедляя процессы старения. Аллогенная трансплантация мезенхимальных стволовых клеток возможна при тщательной оценке донорского материала и даже показана в экстренных случаях, при авариях, инсультах и инфарктах, либо очень пожилым пациентам. Культура МСК обладает, кроме того, иммуносупрессорными свойствами, а значит, они могут бороться и с аутоиммунными заболеваниями.