Cтволовие клітини класифіковані у відповідності зі своєю можливістю до диференціювання як тотипотентність, плюрипотентні і мультипотентні.
Тотипотентність - клітини, здатні диференціюватися в будь-клітини організму. Як з однієї заплідненої клітини виростає цілий організм.
Плюрипотентні - клітини, здатні утворювати безліч різних клітин, але не цілий організм.
Мультипотентні - клітини, здатні утворювати клітини тканин з яких вони були взяті.
Уніпотентние - клітини дають початок тільки одного типу клітин.
Клітини ембріона спочатку тотипотентність, але втрачають цю властивість після декількох клітинних поділів, тобто вони диференціюються. Деякі з клітин організму, не диференціюються остаточно, а стають плюрипотентними, тобто здатні давати лише деякі типи клітин цілого організму. Тотипотентність клітини ембріона називають
так само - ембріональні стовбурові клітини (ESC), а плюрі- і мультипотентні клітини організму називають - дорослими стовбуровими клітинами. Функція перших в організмі очевидна, з однієї клітини повинен розвинутися цілий організм з величезним числом клітинних типів (
200 у людини), кожен з яких виконує свою функцію. Дорослі стовбурові клітини необхідні організму для заповнення загиблих клітин в процесі життя. Дорослі стовбурові клітини здатні замінювати практично всі тканини в організмі: мозок, кістковий мозок, кров, нирку, епітелій травної системи, шкіру, сітківку, м'язи, підшлункову залозу і печінку.
Дорослі стовловие клітини здатні до самопідтримки і виробництва клітин -предшественніков, які потім диференціюються.
Гематопоезние стовбурові клітини (HSC)
Клітини здатні виробляти всі клітини крові знаходяться в крастном кістковому мозку. Клітини з яких утворюються клітини крові мають на своїй поверхні маркери CD34, CD59 і Thy1,
за якими можуть бути ідентифіковані.
Нейтральні стовбурові клітини (NSC)
Нейрогенез в мозку відбувається в двох місцях: субвентрікулярной зона (СВЗ), з якої були ізольовані перші с.к. і зубчаста звивина. Зрілі нейрони утворюються в нюхової цибулини. область в яку мігрують клітини з СВЗ різними шляхами званими ростральної міграційної системою. СВЗ містить епіндімальние клітини і астроцити зі схожою роллю з клітинами строми в кістковому мозку. Епідімальние клітини і астроцити утворюють канали звані гліальні трубки по яких відбувається міграція нейробластов до нюхової цибулини, де диференціюються в перігломерулярние або гранулярні нейрони, які шикуються ланцюжком. Астроцити в трубках забезпечують живлення клітин.
Відомі молекулярні маркери, що дозволяють ідентифікувати як стовбурові нервові клітини, так і послідовні фази їх розвитку, - це нестін для ство-ловой клітини, виментин для клітини-попередника, бета-тубулін для нейробластів,
GFАР (кислий гліальних фібрилярний білок) для клітини, "рухається" в напрямку глиального розвитку і т. Д.
Встановлено, що нервові стовбурні клітини характеризуються вираженим консерватизмом, так що людські стовбурові клітини здатні мігрувати і розвиватися в разі їх трансплантації в мозок щура. Більш того, в експериментах було показано, що навіть нервові стовбурні клітини дрозофіли здатні диференціюватися в разі їх ксенотрансплантації в мозок такого віддаленого таксону, як щур. Для цієї мети були отримані трансгенні лінії дрозофіли, що містять людські гени, що кодують нейротрофические фактори NGF, GDNF, BDNF. Людські гени були вбудовані в вектор Саsреr під дрозофіліним хіт-шоковим промотором, так що температура тіла ссавців служила автоматичним активатором відповідних генів. Для ідентифікації клітин дрозофіли в геном трансгенних ліній був введений ген бактеріальної галактозидази 1асZ, продукт якого легко
виявляється за допомогою гистохимической Х-гал забарвлення. Тим самим нервові клітини ксенотрансплантата легко виявляються серед клітин реципієнта або котрансплантата. Виявилося, що нервові стовбурні клітини дрозофіли не тільки виживають, але і мігрують і диференціюються в мозку щура.
М'язові стовбурові клітини (MSC)
Нюхові стовбурові клітини
Дають початок нюхових клітин. Розташовуються у слизовій носа.
Стовбурові клітини печінки
У нормальному стані клітини печінки поділяються дуже повільно, але під впливам ушкоджень або інфекції проліферація клітин посилюється багаторазово. Є 3 популяції клітин, здатних встановити печінку.
Ембріональні стовбурові клітини (ESC)
Ембріональні стовбурові клітини отримують з внутрішньої клітинної маси бластоциста від запліднення яйцеклітини до її імплантації, при цьому бластоциста
миші досягає 150 клітин і являє собою сферу з зовнішнім шаром клітин, порожниною бластоцель заповненої рідиною і внутрішньої клітинної масою.
ESC людини можуть бути отримані пересадкою ядер, званої так само терапевтичне клонування. При пересадці ядра соматичної клітини донора (наприклад в клітку шкіри) в яйцеклітину з віддаленим ядром, утворюється бластоциста, клітини якої тотипотентність. Стовбурові клітини отримані в такий спосіб не відкидаються при пересадці.
ESC можуть бути отримані з прімордіальних клітин з яких утворюються яйцеклітини і сперматозоїди.
Класичними маркерами ЕСК є ізозімов лужноїфосфатази, транскрипційні фактор Осt-4, висока теломеразная активність і ряд маркерів клітинної поверхні, наприклад GСТМ-2, TRA 1-60, SSЕА-3 і SSЕА-4, які розпізнаються моноклональними антитілами до специфічних ембріональним або опухоль- визначальним антигенів. Фізіологічне значення більшості маркерів залишається неясним,
за винятком Осt-4. Дослідження, проведені на ЕСК і ембріонах миші, виявили критичну роль Осt-4 в підтримці тотіпотентності ранніх ембріональних клітин і клітин зародкового шляху. Диференціація клітин внутрішньої маси супроводжується зниженням рівня Осt-4, а зміна рівня синтезу Осt-4 в ЕСК в свою чергу призводить до втрати тотіпотентності і переходу до диференціювання. Крім Осt-4, є ще ряд транскрипційних факторів, синтезованих в основному недиференційованими ЕСК, наприклад Nanog, який займає важливе місце в ієрархії чинників, що визначають недиференційовані природу ЕСК, і походження.
Маркери стовбурових клітин
Гени "стовбурові"
Підвищена експресія в стовбурових клітинах регуляторних генів, таких як НохВ4, Неs-1 або AMLI-ETO призводить до розмноження стовбурових клітин in vitro та in vivo.
Лікування стовбуровими клітинами
Перше клінічне применени стовбурових клітин почалося ще до їх відкриття. При переливанні крові в організм реципієнта
потрапляють стовбурові клітини донора, які впроваджуються в організм реципієнта і диференціюються. При лейкозах (рак крові) широко застосовують рясне переливання крові та пересадку кісткового мозку - вводять в організм клітини, що дають початок усім клітинам крові. В результаті утворюються нормальні, не уражені раком лейкоцити і лімфоцити, що покращує стан пацієнта. На жаль, при переливанні крові або пересадці тканини кісткового мозку від однієї людини до іншої може спостерігатися реакція відторгнення. Її намагаються мінімізувати, підбираючи донора, антигенна структура білків якого подібна до такої у реципієнта. Використовують також ліки, що пригнічують імунну відповідь останнього. Однак це може бути небезпечно, бо імунна система забезпечує очищення організму від інфекційних агентів і час від часу виникають у ньому клітин зі зміненим геномом; тоді окремі з них можуть малигнизироваться (тобто перетворитися в ракові). Вирішити проблему тканинної несумісності можна, ймовірно, використовуючи
для пересадки стовбурові клітини самого пацієнта, розмноження поза організмом. Дуже важливо те, що стовбурові клітини майже не схильні до злоякісного переродження, оскільки володіють системою захисту генома значно потужнішою, ніж вступили на шлях спеціалізації. Ось чому нині з кісткового мозку хворих на лейкоз виділяють стовбурові клітини і консервують їх в рідкому азоті. Потім власний кістковий мозок, включаючи що містяться в ньому пухлинні клітини, пригнічують опроміненням або цитостатиками (ліками, що блокують зростання і розмноження клітин), після чого відновлюють кровотворення і імунітет, пересаджуючи збережені в азоті стовбурові клітини, з яких утворюється повний набір нормальних клітин крові. Таку заміну виробляють не тільки при лейкозі, але і при інших пухлинах, якщо лікування включає курси радіо- або хіміотерапії.
В даний час для кожного народжується людини може бути створений запас стовбурових клітин, за властивостями близьких до ембріональних і генетично тотожних всім його іншим
клітинам. Для цього при пологах потрібно збирати містить їх пуповинну кров і зберігати її (або виділені з неї клітини) в рідкому азоті аж до моменту, коли вона знадобиться для пересадки.
Лікування захворювань серця
Інфаркт міокарда викликається спазмом або закупоркою артерій, що живлять м'яз серця. Уражені судини видаляють, а для відновлення кровообігу застосовують шунтування. Однак це не забезпечує відновлення загиблого ділянки серцевого м'яза. Якщо зона інфаркту обширна, то скорочувальна функція серця значно страждає, і хворий не може вести нормальний спосіб життя. Пересадка препаратів стовбурових клітин, отриманих з його кісткового мозку, а також похідних ембріональних або фетальних клітин шляхом вливання їх суспензії в загальний кровотік або ін'єкцією безпосередньо в міокард по межі зони омертвіння м'язи (останнє робиться в процесі шунтування) призводить до часткового або повного відновлення структури і функції міокарда і значно покращує якість життя
хворого.
Лікування захворювань кісткової системи
Введення отриманих зі стовбурових клітин остеобластів (попередники клітин кістки) в зону перелому значно прискорює процес зрощування кістки, а введення хондробластов (попередники клітин хряща) в суглобову сумку стимулює регенерацію хряща на суглобових поверхнях.
лікування раку
form colonies in culture, the result indicated that the simple
ability to grow did not equate with the ability to develop
into leukemia in living animals. Thus one could speculate
that the leukemia-initiating cells had a greater developmental
potential than the vast majority of clone-forming cells
and might even be stem-like cells. Subsequently, the leukemia-
initiating cells were characterized according to surface
protein markers that distinguish the various cell types of the
hematopoietic system. The leukemia-initiating cells turned
out to belong to an exclusive group. They were positive for
the CD34 marker and negative for CD38, the same as human
hematopoietic stem cells, and did not carry the markers
of more mature cells. The cancer cells 'resemblance to
normal stem cells holds up even though AML is a heterogeneous
disease, with several different subtypes depending
on which genetic abnormalities the patients 'cells carry.
Dick and his colleagues characterized the leukemia-initiating
cells from the various AML subtypes and found that all
belonged to that same CD34 + / CD38- class. When put into
NOD / SCID mice, however, each cell type produced a leukemia
identical to that in the patient from which it had originally
been isolated. A plausible conclusion from this study
is that the initial mutations that gave rise to the leukemias
arose in normal stem cells, causing them to take the wrong
developmental pathway.
Another line of evidence suggesting that cancers originate
from stem cells comes from studies of the biological machinery
underlying self-renewal. Normal and cancer stem
cells show some striking similarities. Recently, for example,
researchers have shown that the genes Bmi-1 and Wnt, both
of which can cause cancer when mutated, are needed for
self-renew in normal and cancer stem cells (also reviewed
in [119]. The Bmi-1 gene participates in normal hematopoietic
development, and its malfunction has been linked to
AML. A study reported by Park and collaborators [120] and
another by Lessard and Sauvageau [121] link the gene to
self-renewal. To test whether cells missing Bmi-1 can selfrenew,
the researchers transplanted stem cells from Bmi-1
knockout mice into normal mice that had been irradiated
to destroy their bone marrow. The stem cells produced a
normal complement of blood cells, but only for very short
period of time. After eight weeks, blood cells derived from
the transplanted cells had almost disappeared, and when
bone marrow taken from the animals was put into a second
series of mice, no Bmi-1-defi cient blood cells could be detected.
Bmi-1 is also needed for the self-renewal of leukemia
cells [121]. In previous reports, Sauvageau and collaborators
revealed that they could cause an AML-like disease
in mice by introducing two oncogenes, Meis1a and Hoxa9,
into the bone marrow cells of the animals [122]. This result
shows that without Bmi-1, leukemia stem cells die out,
just as normal stem cells do. The Wnt gene is likewise the
focus of a great deal of research by both cancer researchers
and developmental biologists. The protein encoded by the
gene normally controls cell fate decisions during the development
of many of the body's tissues. It exerts its effects by
binding to, and thus activating, a receptor on the cell surface
membrane. This in turn sets off a series of changes inside
the cell, culminating in the activation of genes governing
cell division and differentiation. Details of these processes
however, are still poorly understood and require further
intensive research both in the area of stem cells, including
lessons learned from the biology of embryonic stem cells,
as well as from the biology of various cancer cell lines and
various types of cancer.
Лікування захворювань нервової системи
Скорочення.
in vivo - у живому організмі
in vitro - в пробірці