Что такое стволовые клетки и какие их типы бывают

Несмотря на мифы, во взрослом организме много тканей, где находятся стволовые клетки. Ученые выделяют следующие их типы:1. ГСК (гемопоэтические стволовые клетки) – стволовые клетки, которые дают начало всем клеткам крови. Трансплантация костного мозга – это и есть трансплантация гемопоэтических стволовых клеток, которая началась еще с 1950-х годов. Сегодня, кроме костного мозга, источником гемопоэтических стволовых клеток может быть пуповинная кровь и плацента. Стволовые клетки пуповинной крови очень важны для лечения многих заболеваний, связанных с проблемами кроветворения.2. МСК (мезенхимальные стволовые клетки) – мультипотентные стволовые клетки, способные восстанавливать элементы соединительной ткани – кости, хрящи, жировые отложения, а также важную часть кожи – дерму. МСК были впервые выделены из костного мозга А. Фриденштейном в 1960-х годах, как адгезивные клетки, фибробластовидной морфологии с клоногенным потенциалом и мультипотентным потенциалом к ​​дифференциации (превращению). Позже стало понятно, что почти все ткани и органы в своих периваскулярных нишах содержат клетки, похожие на МСК. Чтобы избежать недоразумений между исследователями при изучении МСК, полученных из разных тканевых источников, международное общество клеточной терапии в 2006 г. рекомендовало использовать термин мезенхимальные стромальные клетки вместо мезенхимальных стволовых клеток. В последние 30 лет, благодаря потенциалу к многолинейной дифференциации, иммуномодулирующим свойствам, секреции большого количества растворимых факторов роста, цитокинов и микроРНК, МСК становятся ключевым игроком в быстро растущей области клеточной терапии. Более 950 клинических испытаний, в течение 2011-2018 годов, на основе использования МСК, было зарегистрировано по всему миру (https://doi.org/10.1038/s41536-019-0083-6). Наиболее значительный терапевтический эффект МСК был показан при лечении реакции трансплантата против хозяина (РТПХ). В Канаде и Новой Зеландии, Prochymal MSCs были одобрены для лечения тяжелой формы РТПХ у детей, которая резистентна к лечению стероидами, сложных форм свищей при болезни Крона, остеоартрита, диабета II типа. Наиболее оптимальными источниками для изоляции и масштабирования МСК с последующим использованием в целях регенеративной медицины, учитывая избегание ряда этических проблем, достаточное количество материала необходимого для выделения МСК являются костный мозг, жировая ткань, пуповина и плацента.3. Стволовые клетки-производные нервного гребня – это особая популяция мультипотентных стволовых клеток взрослого организма, которая присутствует в волосяном фолликуле, дерме, пульпе зуба и других тканях, и которая характеризуется рядом признаков клеток нервного гребня и является очень перспективной в лечении заболеваний нервной системы.

Как происходит выращивание стволовых клеток в лаборатории

Выращивание клеток в лаборатории называется культивированием клеток или культурой клеток. Важно отметить, что лаборатория оснащена специальным оборудованием, которое обеспечивает полную стерильность от загрязнения микроорганизмами или вирусами. Стволовые клетки, выделенные из определенной ткани, могут размножаться в лабораторных условиях в культуральной посуде, которая содержит питательный бульон, известный как культуральная среда, оптимизированная для выращивания различных типов стволовых клеток. Большинство стволовых клеток, кроме гемопоэтических стволовых клеток, прикрепляются к пластиковой поверхности культуральной посуды, постепенно заполняя ее площадь, активно делясь. Когда стволовые клетки полностью заполняют поверхность посуды, их пересаживают, что называется субкультивированием. Один раунд субкультивирования называется пассажем – (P0,1,2,3……10). Такой процесс может длиться недели и месяцы до наращивания необходимого количества клеток. На любой стадии процесса, партии клеток можно замораживать. Чтобы генерировать культуры специфических типов дифференцированных клеток (например нейроны, клетки хряща, костной ткани), ученые могут изменить химический состав культуральной среды, изменить поверхность культурального сосуда или модифицировать клетки, заставляя экспрессировать конкретные гены. За годы экспериментов ученые создали некоторые основные протоколы или «рецепты» для дифференциации стволовых клеток на некоторые конкретные типы клеток.

Все типы культур стволовых клеток проходят несколько тестов на проверку их идентичности и чистоты.● Проверка экспрессии нескольких генов, которые специфичны и важны для функции● конкретного типа стволовых клеток.● Проверка частоты пролиферации (размножение)● Проверка способности воспроизводить самих себя (колониеобразования)● Проверка целостности генома● Демонстрация потенциала дифференцировки● Проверка на наличие инфекционных поражений

Применение стволовых клеток в науке и медицине

В последние несколько десятилетий исследования стволовых клеток ведутся очень активно. В 1999 году журнал “Science”, один из самых авторитетных научных журналов, признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Что же нам дают эти стволовые клетки?1. Стволовые клетки – это, в первую очередь, уникальное средство для исследования понимания механизмов эмбрионального развития, выбора судьбы клеток, механизмов развития заболеваний и поиска путей их преодоления.2. Клеточная терапия – новое инновационное направление в медицине с использованием стволовых клеток в качестве терапевтических агентов. Стволовые клетки восстанавливают поврежденные ткани благодаря клеточной регенерации, секреции ряда соединений, факторов роста, цитокинов и т.п. и регуляции микроокружения.3. Исходные материалы для 3D-печати и 3D-плетения – использование стволовых клеток в программах 3D-печати, включая 3D-печать тканей/органов, усеянных живыми клетками.4. Валидация целевого препарата – валидация нового препарата, который предполагается должен быть эффективным при лечении определенного заболевания на специализированных дифференцированных клетках, полученных из стволовых клеток в лаборатории.5. Доставка лекарственных препаратов – доставка терапевтических препаратов через стволовые клетки и экзосомы стволовых клеток.6. Токсикологический скрининг – использование стволовых клеток для оценки влияния лекарства на биологические системы.

Механизм действия стволовых клеток как терапевтического агента

Стволовые клетки, попадая в организм больного человека, реализуют свой терапевтический потенциал несколькими путями. Первый – прямой, то есть стволовая клетка сама превращается в утраченную клетку организмом. Второй – опосредованный – стволовая клетка выделяет ряд факторов, регулирующих поведение окружающих клеток в месте повреждения, стимулируя их к пролиферации, дифференциации, индуцируя воспаление, или наоборот, подавляя иммунный ответ.
При клеточной терапии стволовые клетки вводят системно (внутривенно) или локально (непосредственно в место повреждения). Если по последним вопросам не возникает, то первый вариант остается непонятным, как стволовая клетка знает, где место повреждения? Следует помнить, что стволовые клетки – это не микроскопические голые шарики, а на их поверхности содержится тысячи разнообразных молекул (рецепторов), это как молекулярные органы чувств, именно благодаря им они и воспринимают окружение, в которые попадают, и решают куда идти. Способность найти место повреждения – это естественная способность стволовых клеток, так называемый, хоуминг. Когда организм имеет большое поражение, с которым не справляются местные стволовые клетки, к ним на помощь отправляются стволовые клетки из отдаленных мест по градиенту выделяемых из поврежденной ткани цитокинов. На месте повреждения, стволовая клетка также продолжает сканировать ситуацию через свои рецепторы, которые взаимодействуют с рядом факторов и принимают наконец решение: в данной ситуации достаточно превратиться разово в клетку кожи или необходимо привлечь союзников для борьбы.
Регенеративная медицина является важным лечебным направлением многих людей со сложными патологиями. Стволовые клетки, где находятся уникальные терапевтические свойства, являются прямым доказательством этого.
Для пациентов с сахарным диабетом I и II типа, болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона, поражением спинного мозга, аутоиммунными заболеваниями, заболеваниями сердечно-сосудистой системы и опорно-двигательного аппарата, успехи в клеточной терапии выглядят очень обнадеживающими, а иногда единственно возможным шансом на жизнь.
Преимущества терапии стволовыми клетками:
1. Отсутствие передачи инфекционных агентов донором стволовых клеток является сам пациент, даже в случае аллогенной трансплантации продукт проходит всестороннюю проверку.
2. Нет риска отторжения трансплантата – стволовые клетки низкоиммуногенны, то есть они не вызывают иммунный ответ, а наоборот, способны подавлять иммунную систему.
3. Избегание хирургической операции – трансплантацию стволовых клеток, как правило, проводят путем инфузии или инъекций. Не существует риска порезов и рубцов после операции.
4. Минимальное время обновления. Время восстановления после операций и других видов лечения, как правило, занимает много времени. После терапии стволовыми клетками пациент может вернуться к привычной жизни в тот же день.
Важно отметить также использование стволовых клеток для лечения патологий, при которых традиционная медицина не может помочь. Часто последней надеждой таких пациентов являются стволовые клетки, лечение которыми дает шансы даже в самых сложных случаях.

Какие вопросы вы должны задать врачу перед лечением стволовыми клетками

● Являются ли стволовые клетки обычным методом лечения этого конкретного заболевания или состояния?● Является ли лечение частью формального клинического испытания?● Какие альтернативные варианты лечения моего заболевания или состояния?● Какие возможные выгоды я могу ожидать?● Какое еще лекарство или особый уход мне могут понадобиться?● Какой источник стволовых клеток?● Как определяют, выделяют и выращивают стволовые клетки?● Дифференцируются ли клетки на специализированные клетки перед терапией?● Как клетки доставляются в поврежденное место в теле?● Если клетки не мои собственные, как моя иммунная система отреагирует на пересаженные клетки?