Насколько особенности стволовых клеток определяют их терапевтические возможности

Значительный интерес, который в настоящее время существует к стволовым клеткам, обусловлен, прежде всего, перспективами их биомедицинского приложения. Однако прогресс дальнейших исследований в этом направлении и, тем более, успехи клинического применения зависят от того, насколько мы умеем контролировать функции стволовых клеток. Важнейшие моменты этого направления включают, прежде всего, идентификацию сигналов и выявление условий, которые способствуют поддержанию свойств стволовых клеток и влияют на их клеточные функции. Тем более это важно для создания оптимальных условий для культивирования стволовых клеток. 

Когда в 70-е годы А.Я. Фриденштейн с соавторами обнаружил стволовые клетки в строме (мезенхиме) «взрослого» костного мозга, то в дальнейшем появились работы, доказывающие наличие стволовых клеток практически во всех органах взрослых животных и человека. Однако стволовые клетки не существуют в организме сами по себе, они находятся в микроокружении, который обычно обозначают термином ниша. В настоящее время под этим термином обычно понимают совокупность факторов, которые обеспечивают жизнеспособность и самовоспроизведение стволовых клеток и дифференциацию дочерних транзиторных клеток. К факторам, о которых идёт речь, необходимо отнести наличие базальной мембраны, молекул внеклеточного матрикса и присутствие соседних клеток, продуцирующих факторы роста и различные регуляторные молекулы. Ниши являются частью структурно-функциональных единиц, из которых состоят ткани, и стволовые клетки прочно закреплены в нише при помощи молекул адгезии, для этой цели, в частности, используется класс адгезионных молекул, называемых интегринами. С другой стороны, существующие свободные стволовые клетки могут находить путь в соответствующую нишу благодаря хемотаксису, когда клетка движется в определённом направлении, реагируя на конкретные химические сигналы. Значение ниш для стволовых клеток велико. Прежде всего, это касается ограничения пролиферации стволовых клеток, что необходимо для поддержания тканевого гомеостаза.  С другой стороны, ниши обеспечивают условия для максимальной защищённости стволовых клеток от внешних воздействий. От своего микоокружения стволовые клетки получают сигналы, которые необходимы для их самоподдержания. Внутриклеточные сигналы контролируют способность стволовых клеток к неограниченной пролиферации, а от экспрессии транскрипционных факторов зависит плюрипотентность стволовых клеток. Расшифровка этих сигналов обусловила существенный прогресс в развитии условий культивирования, которые способствуют дифференцировке эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в специфические клеточные типы, характерные для мышечной и нервной ткани, для сосудистых структур и сердечной мышцы. Однако необходимость большого число комбинаций факторов роста и включения специфического связанного с развитием контроля генов подчас приводила к неуспешной попытке получить специфические клеточные типы из ЭСК, что проявлялось в злокачественной трансформации или образовании тератом.

Другая важная характеристика стволовых клеток касается особенностей их деления, которое должно обеспечивать какой-то критический баланс между двумя возможностями: сохранения и поддержания идентичности стволовых клеток, с одной стороны, и инициации клеточной дифференцировки, с другой. Возможно симметричное и асимметричное деление, что по-разному проявляется в различных типах стволовых клеток. В первом случае возникающие в результате деления дочерние клетки ничем не отличаются от материнской клетки, сохраняя все родительские характеристики. Во втором случае – при асимметричном делении – одна клетка сохраняет особенности родительской стволовой клетки, а другая приобретает свойства, направляющие её по пути дифференцировки. Для эмбриональных стволовых клеток во время раннего эмбрионального роста характерно симметричное деление, при котором происходит логарифмическое накопление массы клеток, а сами дочерние клетки остаются тотипотентными. В более поздние этапы эмбриогенеза (при закладке эмбриональных листков) ЭСК начинают делиться асимметрично. Это же свойственно и постнатальным стволовым клеткам. Молекулярные механизмы асимметричного деления не очень ясны.  Однако исследования на модельных объектах указывают, что регуляторные сигналы исходят от окружения стволовых клеток. Перед делением на месте будущей дифференцированной дочерней клетки скапливаются специальные белки, обеспечивающие асимметричное деление Например, один из полюсов асимметрично делящейся клетки может быть прикреплён к окружающим клеткам с помощью определённых молекул. В результате одна из дочерних клеток остаётся прикреплённой к клетке окружения и сохраняет свойства стволовых клеток, а вторая дочерняя клетка не связана с микроокружением и способна воспринимать дифференцировочные сигналы. Исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге (Германия) доказали наличие прямой связи между дефектными  стволовыми клетками и раковыми опухолями. Ученые утверждают, что для возникновения опухоли достаточно всего нескольких молекул, оказавшихся перед делением стволовых клеток не в том месте и не в то время. Этот процесс подвержен  и вирусной трансформации, что доказано на клетках тератом (Е.Е. Зуева, 2005).

Таким образом, реализация терапевтических возможностей стволовых клеток непосредственно зависит от того, насколько мы осведомлены о регулирующих их функционирование и деление сигналах и умеем ими манипулировать. Активному внедрению стволовых клеток в клиническую практику предшествуют фундаментальные исследования их биологии и, разумеется, доклинические испытания.