0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Просто добавь воды: назначение стволовых клеток можно изменить

Что такое стволовые клетки и зачем они нужны?

На страницах нашего портала мы очень часто пишем о достижениях в области использования стволовых клеток. Для того, чтобы не упускать подобные материалы мы рекомендуем вам подписаться на наш новостной канал в Телеграм. Но сегодня мы решили вам рассказать не просто об очередном открытии, а именно о том, что же такое эти самые стволовые клетки. Действительно ли их использование — это очень перспективное направление и чем вообще стволовые клетки могут помочь человечеству.

Применение стволовых клеток может открыть новые горизонты в регенеративной медицине

Что такое стволовые клетки?

Стволовые клетки (или как их еще называют, клетки-предшественники) — это клетки, из которых формируются все органы и ткани нашего организма. Сами клетки формируются на этапе эмбрионального развития и способны поддерживать свою численность какое-то время. С возрастом из-за того, что все нужные органы сформированы, запас стволовых клеток снижается. Но это ведет к ухудшению регенеративных способностей и, как следствие, старению организма. Откуда берутся стволовые клетки? В человеческом организме есть несколько источников стволовых клеток, а именно: костный мозг, жировая ткань, периферическая кровь (так называемые гемопоэтические стволовые клетки, но они присутствуют и в костном мозге), а также кровь пуповины младенцев и сама пуповина.

На последних двух пунктах хотелось бы остановиться подробнее. Потому как сегодня очень популярен забор пуповинной крови с целью консервации для того, чтобы в будущем эти стволовые клетки можно было бы использовать для лечения конкретного человека. То есть их не нужно будет создавать искусственно (о чем мы сегодня еще расскажем), а можно будет использовать «свой личный» генетический материал. Однако данных об успешном применении такого подхода крайне мало и эта отрасль «достаточно молода» для того, чтобы делать какие-то выводы об эффективности или неэффективности такого подхода. Стоит также заметить, что вопреки расхожему мнению, к источникам стволовых клеток не относится ткань плаценты, так как она формируется из материнского организма и содержит взрослые клетки матери.

Зачем нужны стволовые клетки

Может возникнуть вопрос: а что делать людям, которые «не успели» сохранить свою пуповинную кровь? В этом случае на помощь придет технология перепрограммирования клеток. Для нее, как правило, берутся клетки глубоких слоев кожи и особым образом перепрограмируются. Причем этот процесс очень похож на обычное программирование. Для работы с клетками разработан специальный язык под названием Cello. Только если обычные языки программирования работают с числовыми данными, Cello работает с нуклиновыми кислотами, входящими в состав клеточной ДНК. Таким образом можно задать нуклеиновым кислотам любые параметры и это изменит клетку на генетическом уровне. Благодаря этому, грубо говоря, клетки кожи подвергаются как-бы «обратному развитию», не формируя новую ткань, а наоборот «уходя к истокам», становясь клетками-предшественниками.

Стволовые клетки могут развиться в любую ткань нашего органимза

Говоря об областях применения стволовых клеток хочется отметить, что уже сегодня их используют для терапии ряда заболеваний крови и костного мозга. В частности, при лечении лейкозов (рак крови). Исходя из того, что стволовые клетки могут формировать любую ткань, ученые нашли им применение при, например, лечении серьезных ожогов для создания трансплантатов кожи, для восстановления нервных стволов после травм и «наращивания» новых сосудов.

Кстати, совсем недавно группа ученых из Королевского колледжа Лондона обнаружила в печени новый тип клеток, который имеет свойства стволовых клеток, при этом не являясь ими.

Замена стволовых клеток

Недавно выявленный новый тип печеночных называется гепатобилиарные гибридные предшественники (HHyP). Об их существовании было известно и ранее. Они, как правило, формируются еще во время периода раннего внутриутробного развития плода, но до этого считалось, что все эти клетки к моменту взросления и полового созревания видоизменяются в клетки печени, формируя орган. Однако оказалось, что это не так. Как утверждают исследователи, HHyP сохраняются в небольших количествах у взрослых людей и они способны дифференцироваться в гепатоциты и холангиоциты (два основных типа клеток печени человека).

Клетки обнаружили путем одноклеточного РНК-секвенирования. Если говорить простым языком, определением последовательности цепочки РНК клеток. На определенном этапе изучения печеночных клеток, ученые поняли, что полученные данные в некоторых случаях не соответствовали РНК обычных клеток печени. Продолжив исследование, выяснилось, что полученная информация оказалась присуща HHyP-клеткам, которые могут вести себя как стволовые клетки, но при этом не являются ими.

Перспективы стволовых клеток

Сейчас команда ученых находится лишь в начале своего пути и планирует разработать новые методики по «выращиванию» печени в самое ближайшее время. Помимо этого перспективным направлением также считается «перепрограммирование» клеток для придания им нужных свойств. Таким образом можно будет создавать HHyP в нужном количестве для каждого пациента.

Читать еще:  Вздремнуть днем — хорошая идея для пожилых гипертоников

Но и это еще не все. В данный момент активно ведутся разработки в сфере терапии тяжелых органических поражений нервной системы. В частности, для создания лекарств от болезни Паркинсона, бокового амиотрофического склероза, болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и так далее. Более того, уже есть данные о том, что при помощи стволовых клеток можно вырастить новые органы. Например, сердце, печень, почки, части легкого, кости, мышцы и сухожилия.

Но не стоит воспринимать стволовые клетки, как «лекарство от всех болезней», ведь технология их использования все еще мало изучена. В частности, некоторые данные говорят о том, что неправильная терапия стволовыми клетками может спровоцировать «сбой» в их развитии и вызвать формирование опухолей. Также до сих пор не ясно, насколько хорошо будут приживаться искусственно выращенные органы и будут ли они пригодны для пересадки вообще. Это медикам еще предстоит выяснить.

Количество воды в стволовых клетках влияет на их дальнейшую судьбу

Сенсационное открытие совершили учёные из Университета штата Нью-Йорк в Буффало (University at Buffalo), США. В работе, которая была опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), исследователи утверждают, что судьбой мезенхимальных стволовых клеток (МСК) можно управлять, обезвоживая их или добавляя к ним избыток воды.

Исследование показало, что изменение объёма клетки изменяет её внутреннюю динамику, а также жёсткость окружающей её мембраны. Удаление воды из мезенхимальных стволовых клеток конденсирует их, делая структуру более жёсткой. Такие МСК становятся предкостными клетками. Добавление же воды приводит к разбуханию МСК, что приводит к формированию преджировых клеток.

Учёные давно поняли, что на дальнейшее формирование стволовых клеток влияет жёсткость внешних мембран клеток из их окружения.

Изначально исследователи из Буффало намеревались изучить влияние объёма на характеристики и функции клеток. Объём — величина строго регламентированная и часто изменяется на протяжении жизни клетки, увеличиваясь в период роста и уменьшаясь во время деления.

Такие изменения объёма являются результатом изменения количества белков, ДНК и других составляющих клетки, хотя они, в основном, остаются постоянными. Однако клетки могут быстро изменять размер и плотность за счёт поглощения или выделения воды, расширяясь или сжимаясь всего за 20 минут.

Учёные обнаружили, что уменьшение объёма на 20% влияет на некоторые внутриклеточные процессы, в том числе на экспрессию генов и жёсткость. Зная, что жёсткость играет важную роль в развитии стволовых клеток, исследователи задались вопросом, может ли объём также повлиять на их судьбу.

Чтобы выяснить данный вопрос, исследователи поместили мезенхимальные стволовые клетки в плотный гидрогелевый субстрат для имитации жёсткости костных клеток. Примерно через 7 дней большая часть МСК дифференцировалась в предкостные клетки.

Эксперимент повторили с мягким гидрогелевым субстратом. В данном случае наблюдалось уменьшение количества клеток, превратившихся в предкостные. Однако, после удаления воды из клеток для уменьшения их объёма на 20%, количество МСК, ставшим предкостными клетками, увеличилось, несмотря на то, что они находились в более мягкой среде.

Аналогичный эксперимент был проведён с использованием стекла. Исследователи разместили на нём стволовые клетки, чтобы имитировать более жесткую окружающую среду, и обнаружили, что некоторые из клеток превратились в клетки с высоким содержанием жира. Когда объём МСК был увеличен на 20% за счёт добавления воды, наблюдался всплеск формирования жировых клеток.

Учёные обнаружили, что изменения объёма клеток влияло на них так же, как если бы они находились под давлением окружения.

«Неожиданное открытие в этих экспериментах – это то, что объём, похоже, очень влияет на клетки. Вероятно, он регулирует их жёсткость так же, как и их дальнейшую судьбу», — говорит доктор Дэвид Вайц (David Weitz), один из руководителей исследования. «Эти наблюдения могут пригодиться для внешних средств мониторинга судьбы клеток, которые могут сыграть важную роль в будущих биотехнологических исследованиях».

Дальнейшие исследования необходимы для изучения влияния различных изменений объёма, чтобы выяснить, является ли определяющим фактором в судьбе стволовых клеток объём или, всё же, внешние сигналы.

Стволовые клетки в настоящее время являются наивысшим приоритетом в регенеративной медицине, предоставляя исследователям и клиницистам возможность восстанавливать или заменять повреждённые ткани и органы.

Благодаря способности дифференцироваться в специализированные клетки любого типа ткани — от миоцитов до клеток крови или мозга – стволовые клетки обладают потенциалом для лечения различных заболеваний и патологий. Во всём мире широко используется доступная методика терапии МСК, полученными из жировой ткани самого пациента.

Стволовые клетки также способствуют разработке новых лекарственных препаратов и пониманию возникновения врождённых дефектов.

Изучение факторов, влияющих на дифференциацию стволовых клеток, поможет учёным создать методы, влияющие на их поведение, что, в конечном счёте, поможет в создании новых терапевтических подходов.

Помимо физических сигналов, таких как жёсткость или объём клеток, на дифференцировку МСК также может влиять ряд биологических факторов, фармацевтических препаратов или биофизических агентов, таких как свет, радиочастоты и ультразвук.

Читать еще:  Физкультура облегчит все симптомы болезни Паркинсона

Витамин оздоровил стволовые клетки и продлил жизнь мышей

Мышечная ткань пожилых мышей до, через неделю и две недели после повреждения токсином без (сверху) и после курса НР

Hongbo Zhang et al., Science, 2016

Швейцарские ученые обнаружили, что окисленный никотинамидадениндинуклеотид (НАД + ) управляет процессом старения стволовых клеток, действуя на активность митохондрий. В эксперименте назначение биологического предшественника НАД + никотинамидрибозида (НР) мышам улучшило состояние их мышечных, нервных и пигментных стволовых клеток, что увеличило продолжительность жизни животных. При этом НР представляет собой ничто иное как производное ниацина, или витамина В3. В другом исследовании американский научный коллектив определил концентрацию НАД + в разных клеточных структурах и выявил механизмы ее поддержания в митохондриях. Отчеты о работах и экспертный комментарий к ним опубликованы в журнале Science.

Сотрудники Федеральной политехнической школы в Лозанне с коллегами сравнили экспрессию генов в мышечных стволовых клетках молодых (около трех месяцев) и пожилых (около 24 месяцев) мышей. Они выяснили, что наиболее сильно при старении снижается активность митохондриальных генов цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования. Эти процессы тканевого дыхания обеспечивают клетку энергией в виде АТФ. Дисфункцию митохондрий подтвердило также непосредственное выявление снижения их мембранного потенциала, уменьшение уровня дыхания и истощение клеточных запасов АТФ. Также при старении снижалась экспрессия генов сигнального пути стрессорного ответа UPRmt, который обеспечивает адаптацию митохондрий, и генов клеточного цикла. При этом повышалась экспрессия генов старческого воспалительного секретома клеток.

Также ученые убедились, что в стволовых клетках пожилых мышей снижена концентрация НАД + . Этот кофактор окислительно-восстановительных ферментов, служащий переносчиком электронов, необходим для работы митохондрий, ядра и других клеточных структур. Шестинедельный курс НР повысил концентрацию НАД + в мышечных стволовых клетках и молодых, и пожилых мышей, и увеличил их количество в мышцах. Кроме того, у мышей старшего возраста препарат независимо от стволовых клеток улучшил функцию мышц, действуя непосредственно на их волокна. Положительное влияние НР на состояние мышечной ткани подтвердили у животных с токсическим повреждением мускулатуры и трансгенных животных с мышечной дистрофией.

Иммунохимический анализ и электрофорез на геле выявили в клетках пролеченных пожилых мышей уменьшение уровней маркеров возрастных повреждений ДНК — разрывов цепей, фофорилирования гистона 2A.X и бета-галактозидазы. Также в клетках снизилось содержание мРНК, кодирующих циклинзависимый ингибитор киназы 1 типа (CDKN1A) и связанных с ним провоспалительных белков. При этом повысилась экспрессия ферментов окислительного фосфорилирования и пути UPRmt, а также белков клеточного цикла, увеличились мембранный потенциал митохондрий и концентрация АТФ в клетке. Опыты с трансгенными мышами показали, что положительный эффект терапии связан с ее действием на сиртуин-1 — НАД + -зависимую деацилазу, стимулирующую биогенез митохондрий. Также ученые выяснили, что повышение уровня белков UPRmt и клеточного цикла обусловлено тем, что НР стимулирует экспрессию прогибитинов, реагирующих на митохондриальный стресс. Изучение других тканей до и после курса НР показало, что препарат повышает пролиферацию нервных стволовых клеток в мозге и предотвращает возрастное уменьшение числа меланоцитов в волосяных фолликулах.

Также НР вызывал небольшое, но значимое увеличение средней продолжительности жизни пожилых мышей (868 против 829 дней в контрольной группе). По мнению исследователей, слабо выраженное действие препарата на продолжительность жизни связано с тем, что его назначали животным, уже достигшим пожилого возраста (24 месяца). Это значит, что процесс старения может быть отчасти обусловлен нарушением гомеостаза НАД + в стволовых клетках, заключили авторы работы.

Группа ученых из Орегонского университета здоровья и наук уточнила распределение НАД + в разных клеточных структурах. Для этого они создали количественный молекулярный сенсор, состоящий из флуоресцирующего белка Venus и НАД + -связывающего домена бактериальной ДНК-лигазы. С его помощью они выяснили, что содержание кофермента примерно соответствует константе Михаэлиса для поли(АДФ-рибоза)-полимеразы (PARP) в ядре и сиртуинов в митохондриях. Это свидетельствует о том, что концентрация НАД + регулирует активность указанных ферментов в соответствующих клеточных структурах. Дальнейшие эксперименты с выключением ферментов семейства NMNAT, синтезирующих НАД + , показали, что митохондрии имеют по меньшей мере два источника этого кофермента. Они могут как получать его из цитоплазмы, так и синтезировать самостоятельно.

Значение НАД + для функционирования митохондрий и, как следствие, для контроля клеточного старения делает направленные на его метаболизм лечебные методики потенциальным способом продления жизни. Однако для этого необходимо подтвердить полученные результаты в исследованиях на людях, а также разработать оптимальные схемы терапии.

Что такое стволовые клетки и почему они могут стать страшным врагом

Несколько дней назад появилась информация, что 48-летняя Анастасия Заворотнюк попала в реанимацию одной из столичных клиник с диагнозом рак мозга последней стадии. И практически сразу в СМИ начали обсуждать процедуру омоложения стволовыми клетками, которой актриса якобы воспользовалась – именно это, по мнению многих специалистов, могло стать катализатором болезни.

Так что такое стволовые клетки? Чем они могут быть полезны, а главное – в каких случаях и почему могут стать смертельным врагом? Раскладываем все по полочкам.

Читать еще:  «Нейроны-на-чипе» позволят создать двигающиеся и чувствительные протезы

Фото: Москва 24/Юлия Иванко

Существует такая технология, как реверс-инжениринг. За этим серьезным термином кроется технология изучения и постепенной разборки какого-либо устройства, чтобы понять принцип его работы и, возможно, скопировать. Именно так создавалось огромное количество самой разной техники в Советском Союзе: за границей покупался образец, его разбирали «до винтика», проводили тщательные измерения, а затем делали собственную нелицензионную копию. Так выпускали все что угодно – от детских игрушек до военной техники.

Если воспользоваться реверс-инженирингом для изучения любого человеческого организма (разумеется, без разборки) и «отмотать» его историю к самому началу, выяснится, что исходным «зернышком» была одна-единственная клетка – зигота. Весь гигантский объем информации о количестве конечностей, способе размножения, размерах мозга, цвете волос и глаз содержался в крохотном комочке протоплазмы, разглядеть который невооруженным глазом невозможно. Зигота – это самая первая клетка, которая не имеет никакой специализации. Ее называют недифференцированной, или стволовой клеткой. Некоторое время спустя она разделится пополам, образуя две новые стволовые, каждая из которых также разделится и так далее, пока не наступит этап специализации: какие-то из них станут нервными клетками, какие-то начнут образовывать кости, а какие-то – внутренние органы.

Во взрослом организме стволовые клетки также есть, они используются в качестве «ремонтного материала», но с возрастом их становится все меньше и меньше. Если у новорожденного на каждые 10 тысяч обычных клеток приходится одна стволовая, то у взрослого – одна на миллион, а к старости – раз в сто меньше.

Все эти исходные данные рано или поздно должны были привести исследователей к простой мысли: чтобы «ремонтировать» взрослый организм, необходимо добавлять в него стволовые клетки. Потратив десятилетия на опыты и эксперименты, современная медицина научилась их трансплантировать для лечения самых разных болезней.

Идеальными считаются эмбриональные стволовые клетки – те самые, из которых со временем должен вырасти полноценный Homo Sapiens. Их главное достоинство в том, что такие клетки не вырабатывают антигены тканевой совместимости – это значит, что организм, в который их пересадят, не станет их отторгать. Эмбриональные стволовые клетки почти наверняка приживутся в организме любого реципиента.

Правда, это справедливо только в том случае, если иммунная система организма в полном порядке. Например, опыты на животных показывают, что в противном случае стволовые клетки хоть и не отторгаются, но развиваются совсем не так, как положено, образуя сложные опухоли.

Фото: Москва 24/Лидия Широнина

При этом сейчас также тестируется применение стволовых клеток для восстановления каких-либо поврежденных органов. «Вне организма они используются для того, чтобы получить специализированные клетки. Например, если нам надо восстановить хрящ, то можно использовать стволовые из кости, из них сделать хрящ и после этого трансплантировать человеку», – отметил Киселев.

Однако при нарушении требований проведения операции действия могут привести к негативным последствиям. «Если «продукт» будет с бактериями, то это может привести к сепсису. На самом деле на сегодняшний момент, поскольку все началось недавно (использование стволовых клеток), оно еще не очень отработано и эффективно», – подчеркнул он.

Киселев добавил, что в косметологии не используют стволовые клетки для так называемого «омолаживания». При процедурах используют обычные клетки кожи лица, чтобы уменьшить морщинки. «Процедура приводит к временному устранению некоторых морщин, куда это вкалывается. Но это не омоложение – моложе человек не становится – а просто как грим, только его накладывают не снаружи, а под кожу», – сказал он.

Вообще исследователи предпочитают говорить об использовании стволовых клеток с максимальной осторожностью. На первый взгляд все выглядит крайне позитивно, но если углубиться в тему, можно обнаружить, что все вовсе не так радужно. Дело в том, что недифференцированные клетки, попав в организм взрослого человека, провоцируют бурное развитие не только здоровых клеток, но и тех, в развитии которых есть какая-либо патология. А чем старше пациент, тем их больше в его организме.

Да, чаще всего они выращены in vitro, но все равно – после изъятия определенного количества клеток зародыш умирает. Впрочем, это положение вещей имеет все шансы измениться: несколько лет назад японские ученые обнаружили, что практически любую зрелую клетку человеческого организма можно «индуцировать», то есть сделать ее стволовой. В этом случае также отпадает вероятность отторжения, так как клетки для пациента берутся у него же самого. Однако и эта технология до сих пор находится в условно-экспериментальной стадии.

Махсон также добавил, что использование стволовых клеток в косметологии, вероятно, неподкрепленная реклама. «Вреда, скорее всего, не будет, но чтобы было омоложение – я сомневаюсь», – заключил онколог.

И все же мы верим в то, что медицина стволовых клеток сможет сделать жизнь человечества лучше. Рано или поздно технологии взаимодействия с ними разовьются до такого уровня, что их применение станет абсолютно безопасным. А пока этого не произошло, мы сможем получать от исследований и разработок «глобальные бонусы» в виде, например, восстановления вымирающих видов животных.

Все-таки люди – раса разумная и осторожная.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector