Типы стволовых клеток и их свойства

Старение – сложное биологическое явление, оно подкрадывается незаметно, и результаты его делаются особенно ощутимыми после 65-70 лет. И это не только изменение внешнего облика, но и специфические нарушения организменных структур и их функционирования. Это даже породило создание достаточно примитивных механистических гипотез, рассматривающих старение как простое изнашивание клеток и тканей. К числу таковых можно отнести одну из первых общебиологических теорий, предложенную Н. Рубнером (1908). С другой стороны износ органов и нарушение их функционирования породил проблему протезирования, которая решается  с тем или иным успехом в стоматологии, ортопедии, травмотологии, кардиохирургии. Несмотря на очевидный прогресс в этих областях проблема чужеродности протеза остаётся. Другой путь «естественного протезирования» предлагает трансплантология, которая, в среднем, за полвека достигла гигантских успехов по пересадке различных органов: сердца, печени, почек. Но проблема чужеродности также остаётся, и она может приводить к отторжению пересаженного органа. Выделение стволовых клеток, разработка методов их выращивания и применения открыло перспективы для «аутопротезирования», когда восстановленная структура органа будет обладать полной биологической идентичностью. На этих лабораторных исследованиях возникло новое направление в медицине – регенеративная медицина, базирующаяся на методах клеточных технологий.

Какие же биологические особенности стволовых клеток привлекательны для клинической медицины, геронтологии и биологии развития, и откуда возникают эти клетки?

Стволовые клетки определяют как недифференцированные клетки, способные к самообновлению и дифференцировке в специализированные клетки. Стволовые клетки не однородны, существует несколько их типов, различающихся по способности дифференцироваться в другие более специализированные клетки.

Неограниченная способность дифференцировки во все типы клеток, тканей и органов называется тотипотентностью. Очевидно, что именно первая диплоидная клетка, образовавшаяся от слияния двух половых клеток, - зигота – является корнем тотипотентности. В ходе первых делений зиготы (на стадии морулы) тотипотентность сохраняется. Последующие деления приводят к развитию бластоцисты (4-7-ой дней развития эмбриона до его имплантации в стенку матки), когда отсутствуют ткани и закладка органов. Из внутренней плюрипотентной клеточной массы бластоцисты формируются клеточные слои, называемые зародышевыми листками, каждый из которых (энтодерма, эктодерма и мезодерма) формируют определённый набор органов и тканей. Завершающим звено этой иерархии возможностей являются унипотентные специализированные клетки организма (Рис. 1).

Клетки, способные трансформироваться в различные типы биологических тканей в организме, называют стволовыми. Различают эмбриональные и постнатальные стволовые клетки. Первые - эмбриональные стволовые клетки - выделяют из эмбрионов со стадии бластоцисты.  Постнатальные стволовые клетки присутствуют в органах и тканях взрослого организма. Среди них кроветворные стволовые клетки служат для образования новых клеток крови и содержатся в костном мозге. Стромальные стволовые клетки служат для восстановления всех остальных тканей, небольшое их количество встречается в каждой ткани, а основное количество – всё в том же костном мозге (В.Н. Смирнов, 2005). Клетки, которые являются предшественниками яйцеклеток и сперматозоидов, называют герминогенными стволовыми клетками (Е.И. Зуева, А.В. Куртова, Л.С. Комарова, 2005). 

Теоретически стволовые клетки можно получить из костного мозга – либо своего, либо иммунологически совместимого донора, из эмбрионов или из пуповинной крови. Источником стволовых клеток для человека могут быть также стромальные клетки жировой ткани.

Стволовые клетки обладают некоторыми общими характеристиками, отличающими их от других клеток:

- самоподдержание как своих свойств, так и количества;

- дифференцировка, приводящая к необратимому развитию специализированных клеток;

- полипотентность, позволяющая развиваться различно специализированным клеткам;

- способность к рециркуляции в организме, или хоуминг.

Указанные особенности стволовых клеток позволяют восстанавливать все функционирующие элементы ткани. Именно эта способность давать множество разнообразных клеточных типов делает стволовые клетки важнейшим восстановительным резервом в организме, который используется для замещения дефектов, возникающих по тем или иным причинам.

Особое удивление биологов вызвал факт присутствия стволовых клеток в центральной нервной системе, клетки которой теряют способность к размножению очень рано в ходе онтогенеза. Было показано, что стволовые клетки в ответ на различные поражения нервной ткани начинают делиться с последующей дифференцировкой в нервные и глиальные клетки.

Открытие стволовых клеток изменило наши представления об организации тканей и о механизмах восстановительных процессов в них. Было доказано существование во взрослом организме плюрипотентных стволовых клеток, существование которых постулировалось только для эмбрионов. Эти клетки являются важнейшей составляющей репаративных процессов в организме. Разумное использование потенциала стволовых клеток открывает большие возможности для репаративной медицины.