Стволовые клетки: мифы и реальность
«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», – считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин (Московский Центр медико-биологических технологий).
Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века. В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». 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.
Откуда берутся стволовые клетки
По своему происхождению стволовые клетки разделяют на эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека.
Источником эмбриональных стволовых клеток является бластоциста – зародыш, который формируется к пятому дню оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток есть недостатки. Во-первых, эти клетки способны спонтанно перерождаться в раковые клетки. Во-вторых, в мире пока не выделена безопасная линия истинно эмбриональных стволовых клеток, годных для клинического применения.
Фетальные стволовые клетки получают из абортивного материала на 9-12 неделе беременности. Помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости самого лечения, которое в определенных случаях может быть весьма эффективным.
Источником стволовых клеток является также плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако количество стволовых клеток в пуповинной крови не достаточно велико, и эффективное их применение возможно только однократно для самого ребенка до 10 лет.
Самым доступным источником стволовых клеток является костный мозг человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальная. В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый – это гематопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй – это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани.
Зачем нужны стволовые клетки
Если у человека есть свои стволовые клетки, то почему органы сами не регенерируют после повреждения? Причина в том, что в процессе взросления человека наблюдается катастрофическое снижение количества стволовых клеток: при рождении – 1 стволовая клетка встречается на 10 тысяч, к 20 – 25 годам – 1 на 100 тысяч, к 30 – 1 на 300 тысяч. К 50-летнему возрасту в организме уже остается всего 1 стволовая клетка на 500 тысяч, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, гипертония и т.д. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжелых заболеваний, а также нарушение механизма их выброса в кровь лишает организм возможностей эффективной регенерации, в результате чего жизнедеятельность тех или иных органов истощается.
Увеличение количества стволовых клеток в организме приводит к интенсивной регенерации и восстановлению поврежденных тканей и больных органов за счет образования молодых, здоровых клеток на месте утраченных. Современная медицина уже обладает такой технологией – она называется клеточной терапией.
Что такое клеточная терапия
Организм человека развивается до 25 лет, после чего начинается процесс старения, когда с каждым днем человек замечает за собой не самые приятные изменения своего тела. Возрастные изменения кожи, изменения в деятельности эндокринных и половых желез, мышечных тканей, иммунной и нервной систем также связаны с истощением запаса стволовых клеток. Для компенсации этого запаса и необходима клеточная терапия. Здоровым людям нет необходимости начинать поддерживающую терапию ранее 35 лет. Напротив, всем кто перенес серьезные болезни, травмы, ожоги или отравления процедуры показаны в любом возрасте.
Отечественная наука и медицина обладают одним из лучших потенциалов в области исследования и применения клеточной терапии в мире. Первые направленные поиски в области стволовых клеток костного мозга человека начались в результате методического прорыва, осуществленного Александром Яковлевичем Фриденштейном в середине 70-х годов ХХ века. В его лаборатории впервые была получена однородная культура стволовых клеток костного мозга. После прекращения деления стволовые клетки под влиянием условий культивирования превращались в костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткань. Пионерские разработки А.Я.Фриденштейна заслужили международное признание.
Сейчас с помощью терапевтической трансплантации стволовых клеток имеется возможность лечить или использовать в качестве сопровождающей терапии целый спектр заболеваний – сахарный диабет, атеросклероз, ишемическую болезнь сердца, хронические заболевания суставов, застарелые травмы, гепатиты и циррозы печени, аутоиммунные заболевания, болезни Альцгеймера и Паркинсона, синдром хронической усталости.
С помощью клеточной терапии быстро заживают ожоги, раны, язвы и рубцы кожи, осуществляется реабилитация после инсультов и черепно-мозговых травм, проводится комплексная программа регенерации (улучшение функциональных способностей организма и качества жизни) и мезотерапия лица, рук, проблемных (вялых) зон и всего тела. Клеточная терапия используется как поддерживающая терапия при рассеянном склерозе, сексопатологиях и бесплодии у мужчин и женщин, онкологических заболеваниях.
Безусловно, использование стволовых клеток не является панацеей. Так, их применение в онкологии не приводит к излечению от рака. Однако имеется ряд уникальных программ, направленных на реабилитацию больных в период ремиссии и перерывов между курсами химиотерапии. Больные, получающие такой курс, значительно лучше переносят все процедуры, уменьшается количество осложнений, появляется возможность повторить процедуры раньше. Таким образом, шансы на успех значительно возрастают. Помимо этого, стволовые клетки обладают и доказанным противораковым эффектом: они сдерживают процессы развития опухоли и активизируют иммунную систему.
Как проводится клеточная терапия
После проведения обследования и сбора анализов пациенту предлагают сдать кровь (костный мозг), в которой постоянно присутствует некоторое количество стволовых клеток. Современные технологии позволяют выделить стволовые клетки, после чего вырастить эти клетки в специальной среде в значительно большем количестве. По окончании процесса культивации пациенту назначают индивидуальный курс введения родного клеточного материала. Все лечение протекает амбулаторно и не требует изменения обычного ритма жизни.
Для сбора собственного клеточного материала необходима пункция костного мозга. Подготовка к процедуре, сама процедура забора костного мозга и отдых после нее длятся 1,5 часа (сама процедура занимает не более 20 минут), после чего пациенту необходимо прийти к врачу через 7 дней для первичного введения и далее посещать его для последующих введений согласно составленному графику.
Введение клеточного материала – безболезненная процедура, проводимая амбулаторно в стерильных условиях. Клеточный материал может вводиться внутривенно, внутримышечно, внутрисуставно, подкожно, а также в виде аппликаций – в зависимости от метода лечения и характера заболевания.
Средняя продолжительность курса (в зависимости от выбранной программы) – 2,5-3 месяца. Помимо начального этапа, пациенту не требуется посещать врача более чем 1-2 раза в неделю на протяжении всего курса.
Как правило, половина всех пациентов интересуется комплексной программой регенерации организма. Другая половина пациентов – это больные различных возрастов, с разными заболеваниями и их осложнениями – после серьезных травм, аварий, инсультов, ожогов, после операций, стрессов, кардиологических осложнений.
Клеточная терапия – это будущее современной медицины, это направление интенсивно развивается во всем мире. Приятно, что наша страна в этой области не только не отстает от других стран, но кое в чем их опережает.
В наши дни получила широкое распространение методика пересадки стволовых клеток с целью лечения серьезных патологий. В частности, незрелые гемопоэтические клетки используются для восстановления кроветворной функции у пациентов с лейкозом и лимфомами. Первая успешная трансплантация была осуществлена еще в 1988 году. Ребенку, страдающему анемией, были введены клетки, взятые из пуповинной крови, и это позволило добиться полного исцеления.
Стволовые клетки – это незрелые клетки, которые обладают способностью к самообновлению, а также дифференциации. Суть самообновления заключается в том, что после митотического деления данные клетки сохраняют свой фенотип, т. е. дифференцировки не происходит. Дифференциация - это трансформация в специфические клетки самых разных тканей и органов.
Стволовые клетки характеризуются удивительной способностью к асимметричному делению, после которого одна из новых клеток остается стволовой, а другая становится дифференцированной.
Обратите внимание: развитие организма начинается с одной стволовой клетки – зиготы. В ходе многократного деления и дифференциации формируются все остальные типы клеток, характерные для конкретного биологического вида. В частности, у человека и приматов насчитывается более 220 типов клеток.
Стволовые клетки являются универсальным «строительным материалом» для тканей организма. Они содержат всю генетическую информацию. Благодаря незрелым клеточным элементам в организме осуществляются процессы регенерации. По мере старения количество недифференцированных клеток неуклонно снижается. Если у плода (эмбриона) имеется 1 стволовая клетка на каждые 10 тысяч дифференцированных, то к 60 годам соотношение многократно меняется, падая до 1 к 8 миллионам. Именно по этой причине поврежденные ткани значительно медленнее регенерируют у пожилых пациентов.
Обратите внимание: для сохранения такого уникального биологического материала, как кровь из пуповины, в ряде государств созданы специальные банки. Результаты многолетних исследований позволяют предполагать, что уже в скором времени универсальные незрелые клетки помогут справиться с тяжелейшими патологиями, которые сейчас не лечатся ни медикаментозно, ни хирургически.
Важно:
лучшим источником для получения стволовых клеток служит кровь, полученная из пуповины сразу после появления ребенка на свет. Данные клетки также присутствуют в плаценте и эмбриональных тканях. У взрослого человека такие клеточные элементы есть в костном мозге.
К настоящему моменту времени исследователям удалось выделить следующие виды стволовых клеток:
- гемопоэтические;
- эндотелиальные;
- нервные;
- стволовые клетки миокарда;
- кожные;
- мезенхимные;
- мышечные;
- клетки кишечника;
- эмбриональные.
Очень большое количество незрелых клеток можно получить из крови, взятой из пупочной вены. Уникальный биоматериал сохраняется в специальном банке при температуре -196 °C (в жидком азоте). Он может быть использован при необходимости восстановления практически всех вдов тканей человеческого организма. Банки заключают с родственниками родившегося ребенка договор о хранении биодепозита в течение 18-20 лет. Все это время материал сохраняет полную активность.
Обратите внимание: в плаценте недифференцированных клеток на порядок больше, чем в пуповинной крови. Однако для хранения биологического материала такого рода требуются особые условия, что связано с огромными материальными затратами.
Гемопоэтические клетки из пуповинной крови, имеют следующие преимущества:
- материал получают легко и совершенно безболезненно;
- биоматериал инфекционно безопасен;
- трансплантация возможна в любое время;
- клетки подходят для пересадки близким родственникам (идеальная биологическая совместимость);
- возможна трансплантация другим пациентам (при условии отсутствия конфликта по антигенам).
Важно: применение данного биологического материала, равно как и его утилизация не приводят к возникновению проблем этического и юридического характера.
Источником стволовых клеток у взрослого человека служит красный костный мозг. Стромальные элементы получают посредством пункции. В специальной лаборатории из них выращивают целые колонии, которые затем трансплантируют пациенту. Попав в организм, они мигрируют в зону поражения, где заменяют погибшие высокодифференцированные элементы.
Важно: стволовые клетки у взрослых характеризуются относительно низкой функциональной активностью, если сравнивать их с эмбриональным материалом. К тому же, стромальные клетки можно трансплантировать только самому человеку, из костного мозга которого они получены; в противном случае практически неизбежно развивается реакция отторжения.
НСК обнаружены в отдельных участках головного мозга еще созревающего или уже окончательно сформировавшегося организма. Они характеризуются высокой способностью к трансформации в другие клетки и могут культивироваться в лабораторных условиях. Однако для лечения они в настоящий момент времени не используются. Для их получения необходимо разрушение мозга, поэтому об аутотрансплантации речь идти не может. В настоящее время изучается возможность использования тканей реципиента, но это может быть связано с этическими проблемами.
Уникальные стволовые клетки, которые обладают способностью к трансформации в кардиомиоциты, были обнаружены в конце прошлого столетия. Лечение человека с их помощью пока невозможно, поскольку для получения материала требуется разрушение миокарда, а возможность использования клеток реципиента только изучается.
Клетки кожи
Данную разновидность стволовых клеток получают из кожи эмбриона или уже взрослого человека. Такой биологический материал уже успешно применяется в специализированных центрах для лечения больных с обширными ожоговыми поражениями.
Мезенхимные стволовые клетки берут из костномозговой стромы. Они также обнаружены в крови, полученной из пуповины. Лечение посредством трансплантации МСК считается очень перспективным. Материал может быть получен от самого пациента; культивирование осуществляется в лабораторных условиях на питательных средах. После пересадки эти клетки превращаются в элементы различных тканей и органов. При необходимости материал замораживают и хранят в течение продолжительного времени. Несомненным достоинством лечения с помощью мезенхимных клеток является отсутствие осложнений в виде развития злокачественных новообразований. Минусом данной методики можно считать только необходимость строгого инфекционного контроля.
Источником материала являются ткани поперечнополосатой мускулатуры. Данные элементы обладают способностью к превращению в нервные, и жировые клетки, а также в хондроциты и миоциты. Установлено, что они представляют собой отдельную популяциею мезенхимных клеток, следовательно могут быть получены из пуповинной крови или собственного костного мозга пациента.
Клетки из абортивного материала
Так называемые фетальные клетки выделяют из абортивного материала при искусственном прерывании беременности на сроке от 9 до 12 недель. Использование этого источника связано со множеством технических проблем, не говоря уже об этической стороне вопроса.
Основные недостатки методики лечения эмбриональными стволовыми клетками:
- высокий риск отторжения при пересадке материала;
- наличие риска и заражения другими заболеваниями инфекционного генеза;
- юридические проблемы.
Источником ЭСК является материал зародыша, взятый на первой неделе внутриутробного развития.
Достоинства эмбриональных стволовых клеток:
- способность к трансформации в самые разнообразные клетки;
- минимальная вероятность отторжения культур.
К числу недостатков относятся:
- наличие риска появления доброкачественных новообразований;
- этические проблемы;
- юридические препятствия.
Важно: в РФ применение ЭСК сейчас запрещено приказом Минздрава РФ. Использование данного биологического материала расценивается противниками методики как посягательство на жизнь еще не рожденного ребенка.
К настоящему времени в разных странах уже осуществлены десятки тысяч удачных пересадок пациентам различных возрастов.
Трансплантация культур стволовых клеток признана весьма эффективной методикой лечения последствий травм голвного и спинного мозга, обширных ожогов, инсультов и инфарктов. Клеточная терапия позволяет вылечить ребенка, страдающего серьезной патологией крови.
Обратите внимание: сейчас 75% больных, остро нуждающихся трансплантации органов, погибают, не дождавшись своей очереди на пересадку. Ученые полагают, что клеточная терапия уже в недалеком будущем даст им шанс на излечение.
Пересадка стволовых клеток эффективна при лечении следующих патологий:
- иммунодефицитные состояния;
- резистентный ювенильный артрит;
- лейкемия;
- неходжкинская лимфома;
- анемия Фанкони;
- талассемия;
- идиопатическая апластическая анемия;
- амегакариоцитарная тромбоцитопения;
- коллагенозы;
- миелодиспластический синдром;
- нейробластома.
Введение стволовых клеток способствует восстановлению и улучшению состояния кожных покровов.
Важно: пациентам, которые хотят пройти курс омолаживающих процедур с применением стволовых клеток, рекомендуется пользоваться только услугами хорошо зарекомендовавших себя косметологических центров. На рынке появилось огромное количество поддельных препаратов, которые могут нанести непоправимый вред здоровью. Уже известны случаи гибели пациентов вследствие развившихся после процедур онкологических заболеваний.
Косметические проблемы, которые можно устранить посредством клеточной терапии:
- рубцы на коже;
- морщины;
- следы от химических ожогов;
- последствия лазеротерапии.
Обратите внимание: мезотерапия с введением препаратов, содержащих культуры стволовых клеток дает возможность значительно улучшить тонус кожных покровов и способствует росту здоровых волос и ногтей.
На курс лечения требуется введение 100 миллионов недифференцированных клеток. Стоимость курсовой терапии составляет около 300 тысяч рублей, что обусловлено техническими сложностями при культивировании материала для трансплантации.
Сеанс мезотерапии в косметологическом центре обходится гораздо дешевле (в среднем - порядка 20 тыс. рублей), но для достижения заметного и стойкого эффекта требуется от 5 до 10 процедур, поэтому их общая стоимость вполне сопоставима со стоимостью лечения серьезного заболевания.
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.
Прошло около полувека с того времени, когда ведущие школы отечественной гематологии впервые опубликовали данные о «вечных» клетках, дающих жизнь всему организму и поддерживающих ее от начала до конца. Но уровень научных знаний и технического оснащения лабораторий того времени не позволил сделать следующий шаг на пути исследования этих загадочных клеток. Их время наступило лишь в начале 90-х годов, когда ученые США повторно «открыли» стволовые клетки сначала в костном мозге, а затем и во всех органах и тканях высших животных. Когда же широкой общественности стало известно, что стволовые клетки могут быть внесены в организм искусственно, то ученый мир загудел, как растревоженный улей, а предприниматели от медицины немедленно приступили к освоению этой области.Что же такое стволовые клетки? Объяснить это можно так: стволовыми клетками называют универсальные клетки организма, способные при определенных условиях развиться в любой вид ткани и способствовать образованию любого органа - печени, почек, сердца, мозга и т.д.
Откуда же они берутся? Известно, что каждый человек произошел от соединения яйцеклетки и сперматозоида. То есть происхождению всего того, что у нас есть, мы обязаны двум клеткам, объединившимся в одну - зиготу. Именно она делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки. Из них развиваются все остальные высокодифференцированные клетки организма. После «распределения обязанностей» эти клетки закрываются для дальнейшего изменения и могут быть доступны только для «чтения», причем каждая в определенном формате: нервная клетка - это только нервная клетка, неспособная участвовать в создании эпителиальной ткани или входить в состав миокарда и т.п. В то же время некоторым стволовым клеткам удается все же ускользнуть от определенности и остаться доступными для дальнейшего изменения только в случае крайней необходимости.
Таким образом, стволовые клетки - это универсальный строительный материал, из которого произрастает все, что угодно. Пока человеческому организму хорошо, стволовые клетки свободно и независимо «блуждают» по его просторам. Но как только стволовые клетки получают генетический сигнал (неполадка, повреждение ткани или органа), они по кровяному руслу устремляются к пораженному органу, находят любое повреждение и превращаются на месте в необходимые организму клетки - костные, гладкомышечные, печеночные, нервные и т.д.
Человеческий организм содержит примерно 50 миллиардов стволовых клеток, которые регулярно обновляются. С годами количество таких живых «кирпичиков» сокращается - для них находится все больше работы, а заменить их нечем. Этот процесс начинается уже к 20 годам, а в 70 лет их остается совсем немного. Более того, стволовые клетки немолодого человека уже не так универсальны: в клетки крови они превратиться еще могут, а в нервные - уже нет. Но если удастся искусственным образом ввести стволовые клетки в организм, т.е. заменить ветхие или больные клетки,тогда вполне реально вернуть здоровье и даже значительно продлить жизнь человека.
Где же взять эти самые стволовые клетки для искусственного введения? Сегодня считается, что ученые могут получать стволовые клетки, культивировать и направлять их по нужному пути - для этого есть несколько способов:
Первый - человек может стать донором стволовых клеток для себя самого. Наибольшее их количество находится в костном мозге таза. Они извлекаются при помощи пункции, а затем в лабораторных условиях их особым образом активизируют, наращивают и вводят обратно в организм, где при участии специальных сигнальных веществ они направляются к «больному месту».
Вторым источником стволовых клеток является пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Взяв ее из пуповины и поместив в специальное хранилище, стволовые клетки в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любой ткани и органа этого человека, а также использовать их для лечения других пациентов при условии совместимости по антигенам.
Источником следующего вида стволовых клеток (фетальных) является абортивный материал 9-12 недели беременности. Этот источник на сегодняшний день используется наиболее часто. Но помимо этических и юридических трений, эти клетки иногда могут вызвать отторжение трансплантанта. Кроме того, использование непроверенного абортивного материала чревато заражением пациента вирусным гепатитом, СПИДом и т.п. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к росту стоимости самого лечения.
И, наконец, еще одним источником «чудо-строителей» является бластоциста, которая формируется к 5-6 дню оплодотворения. Это эмбриональные стволовые клетки. Они наиболее универсальны, по сравнению со стволовыми клетками взрослых людей, и способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток организма. Положительной стороной использования этих универсальных стволовых клеток следует считать тот факт, что клетки как бы никому не принадлежат и не выполняют никаких специальных функций, а потому при пересадке не возникает реакция отторжения.
Это открытие предоставляет для медицины огромные возможности, но все-таки это дело будущего, ведь несмотря на многолетнюю работу ученых всего мира в этом направлении, достижения по-прежнему скромны. Истинная стволовая клетка, по-видимому, тем и отличается от других, что не несет на себе никаких специфических опознавательных знаков, оставаясь безликой до тех пор, пока не определится ее дальнейшая судьба. Но и определить искусственно эту судьбу, применив те или иные, порой очень сложные и трудоемкие, методы, удается чрезвычайно редко.
Есть и другой момент, заслуживающий внимания. Стволовая клетка по своим характеристикам очень напоминает опухолевую клетку. Отличие состоит лишь в том, что опухолевая клетка не желает созревать ни при каких обстоятельствах, продолжая делиться и наращивать массу себе подобных. Но где та грань, которая разделяет эти два типа клеток? В здоровом организме активно функционирует система безопасности. Ее деятельность приводит к потере дочерними клетками способности к безграничному самовоспроизведению и позволяет свести к минимуму вероятность возникновения злокачественной либо доброкачественной опухоли. Возникает реальная опасность получить при введении низкодифференцированных клеток извне их безудержное размножение в организме пациента и, как следствие, опухолевый рост. В научной литературе описано множество случаев именно такого развития событий.
Другой наиболее часто встречающейся проблемой при трансплантации тканей вообще и стволовых клеток различной степени зрелости в частности являются упомянутые уже осложнения иммунного характера, в том числе связанные с развитием реакции «трансплантат против хозяина». Отторжение и гибель пересаженных клеток относятся, пожалуй, к самому благоприятному исходу в данном случае.
Открытым остается также вопрос о регулировании дальнейшего поведения трансплантированных клеток в организме. В большинстве случаев ученые в ходе эксперимента не могут достоверно определить, какие из введенных клеток приживаются, а какие нет, чем обусловлены полученные эффекты и как избежать нежелательных направлений. Более того, в настоящее время не существует технологий, позволяющих быть абсолютно уверенными в том, что трансплантированные клетки попадают только в орган, нуждающийся во вмешательстве. Иными словами, никто на сто процентов не поручится, что в мышце не может вырасти кость, в то время как целью вмешательства было устранение косметического дефекта кожи. Ведь даже при использовании собственных клеток, полученных из костного мозга пациента и обработанных в лабораторных условиях, мы не можем достоверно определить, что происходит с клетками, извлеченными из привычного для них микроокружения и помещенными в искусственные питательные среды для «обогащения и активирования». Чем они обогащаются? Для чего активируются? Да и возможность заражения культуры стволовых клеток, готовящихся к реплантации, вирусами или другими микроорганизмами нельзя полностью исключить даже при соблюдении всех мер предосторожности в условиях научной лаборатории, не говоря уже о косметических салонах и стоматологических кабинетах.
Некоторые клетки плода и взрослого организма сохраняют способность давать начало специализированным клеткам различного типа.
Человеческий организм начинает развиваться из одной клетки (см. Клеточная теория) — одной оплодотворенной клетки, называемой зиготой . ДНК, содержащаяся в этой клетке, будет воспроизведена во всех клетках взрослого организма. Но по мере созревания особи в клеточной ДНК происходят изменения. Вначале «включены» все гены, находящиеся внутри зиготы: генетики скажут, что все гены могут экспрессироваться — другими словами, они могут работать. Однако по мере взросления особи клетки приобретают специализацию, для этого требуется выключить те или иные гены, отменив, таким образом, их экспрессию. Например, в каждой клетке вашего тела находятся гены, ответственные за выработку инсулина, однако инсулин синтезируют только клетки поджелудочной железы. В остальных клетках организма (например, клетках кожи, нервных клетках головного мозга) ген инсулина отключен.
То же самое происходит во всех клетках вашего организма — при развитии человека, которым управляют еще непознанные нами процессы, специализированные клетки возникают вследствие отключения всех за небольшим исключением генов клеточной ДНК, и специализация определяется участками ДНК, которые остались включенными. После того как «щелкнет выключатель», судьба клеток определена навечно — мышечные клетки при делении будут производить только мышечные клетки, кожные клетки — только клетки кожи и т. д. Такая особенность развития имеет грандиозные последствия для здоровья человека: мышечные клетки, погибшие при сердечном приступе, не могут быть замещены другими клетками; ничем нельзя заменить и клетки мозга, синтезирующие допамин, если они будут уничтожены болезнью Паркинсона; перерезанные клетки спинного мозга также не восстанавливаются. Очень многие людские страдания вызваны неспособностью организма замещать специализированные клетки.
После того как зигота начнет делиться, формируя эмбрион, клетки некоторое время сохраняют способность развиваться в ткань любого типа. Клетки, которые могут развиться в любую клетку организма, называются эмбриональными стволовыми клетками . В конце 1990-х годов ученые научились выделять такие клетки и сколь угодно долго поддерживать их в культуре. Это достижение открывает поразительные перспективы перед человечеством, поскольку теперь мы можем создавать в лаборатории новые клетки, а возможно, и новые органы.
Ученые могут использовать технологии стволовых клеток совместно с технологиями клонирования для того, чтобы выделять ДНК из клетки взрослого организма, помещать ее в яйцеклетку человека и получать при этом эмбриональные стволовые клетки, содержащие ДНК взрослой особи. Это позволит выращивать органы для замены ими поврежденных, не беспокоясь об отторжении имплантированной ткани организмом-реципиентом.
Недавно обнаружено, что некоторые клетки взрослого организма, по-видимому, хотя бы отчасти обладают способностью порождать стволовые клетки, характерные для эмбриона. Если такое действительно возможно, удастся устранить одно из этических препятствий на пути к использованию эмбриональных стволовых клеток — нам не придется разрушать эмбрион человека, чтобы получить эти клетки.
