Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Фабрика жизни: стволовые клетки

12.11.2014 Наука и жизнь

Секрет судьбы Один из авторов еще одного наиболее значимого открытия XX века — биофизик и американский генетик Джеймс Уотсон — позирует на фоне модели двойной спирали ДНК, структуру которой он вместе с Фрэнсисом Криком открыл в первой половине 50-ых годов XX века. За это в первой половине 60-ых годов двадцатого века они были удостоены Нобелевской премии в области медицины и физиологии

Стволовые клетки Раскрашенная микрофотография, полученная посредством сканирующего электронного микроскопа, показывает группы дифференцированных людских стволовых клеток (оранжевые и темно-коричневые) на подложке из клеток-кормильцев (светло-коричневые). Повышение снимка — 1300х

Клетки, каковые смогут произвести революцию в медицине Ученые говорят, что им удалось добиться настоящего прорыва, что в один раз разрешит докторам выращивать органы для трансплантации в лабораториях, вместо того дабы искать подходящих доноров. Исследователи создали выращивания и методику извлечения людских эмбриональных стволовых клеток, базисного стройматериала для органов и всех тканей.Фабрика жизни: стволовые клетки

Деление стволовых клеток В центре микрофотографии, сделанной посредством микроскопа, прекрасно видна область деления стволовых клеток, выращенных в культуре. Стволовые клетки смогут дифференцироваться в любой из более чем 200 видов клеток людской организма
Костяная нога При пересадке кости употребляется биокерамика, обработанная стволовыми клетками.

Биокерамика складывается из гидроксиапатита, имитирующего пористую структуру натуральной кости. Это позволяет стромальным стволовым клеткам костного мозга со временем образовывать новую костную ткань
Взрослые стволовые кроветворные клетки в далеком прошлом с успехом используются в медицинской практике для лечения болезней крови — лейкемий, анемий, лимфом
Как гласит народная мудрость, нервные клетки не восстанавливаются.

Ученые смогли доказать, что это не верно
Одна-единственная клетка, направленная по нужному пути развития, может стать любой из более чем 220 видов клеток отечественного организма. Любой!
Из одной клетки

Представьте себе, что одна-единственная клетка, направленная по нужному пути развития, может стать любой из более чем 220 видов клеток отечественного организма. Любой, со собственными неповторимыми и очень сложными функциями. Более того, эти клетки вероятно выращивать в культуре, другими словами в неестественных условиях — и при необходимости пересаживать в те ткани организма, личные клетки которых в следствии травмы либо болезни не справляются со своей задачей. А в возможности — выращивание органов «на замену», пересадка клеток с желаемыми особенностями, взятыми методом трансформации ДНК

Все вышеописанное — не фантастика, а действительность и относится к эмбриональным стволовым (выделенным из эмбриона, 5-дневного зародыша) и эмбриональным половым (из половых клеток 5−9-месячных абортированных зародышей) клеткам. Они не дифференцированы, другими словами не имеют специфичных для ткани структур, которые связаны с исполнением определенной роли — в частности, не смогут нести молекулы кислорода в крови (как эритроциты), проводить импульс (как нейроны), упорядоченно уменьшаться (как клетки сердечной мускулы). Но они способны стать любой из этих клеток!

Пример у каждого перед глазами: любой из нас был когда-то комочком неспециализированных стволовых клеток. Ученые до сих пор пробуют разгадать химические сигналы, руководящие этим процессом. В пробирке эмбриональные стволовые клетки смогут делиться весьма долго, оставаясь в начальном (недифференцированном) состоянии.

Второй вид стволовых (неспециализированных) клеток видится во взрослом организме. Но их возможности куда скромнее — в большинстве случаев они смогут «созреть» лишь до клеток той ткани, откуда их выделили (другими словами стволовые клетки крови смогут стать лишь клетками крови, мозга — лишь нервными клетками и т. д.). И не смотря на то, что сейчас появились сведенья и о возможности трансформации «ориентации» (это назывется пластичностью), данный вопрос все еще испытывает недостаток в изучении.

Вопросы крови

Но взрослые стволовые кроветворные клетки уже давно и с успехом используются в медицинской практике для лечения болезней крови — лейкемий, анемий, лимфом (в первый раз их выяснили в 1945 году в костном мозге смертельно облученных людей). Эти клетки владеют потенциалом стать любой клеткой крови — к примеру, лейкоцитом либо эритроцитом, но их нереально выращивать в культуре, другими словами вне организма — «в неволе» они не сохраняют характеристики стволовых клеток.

Соответственно, выход один — выделять их из крови и костного мозга. Самая громадная проблема заключается в том, что такие клетки видятся достаточно редко — лишь одна на 10−15 тысяч клеток костного мозга и одна на 100 тысяч клеток периферической крови.

Более того, стало известно, что кроме того из них большинство есть легко клетками-предшественниками, ограниченными в развитии до одного определенного типа клеток и талантливыми функционировать всего три-четыре месяца. «Подлинных» стволовых клеток, талантливых стать любой клеткой крови (на это потребуется 17−19 делений), и того меньше — приблизительно 1 на 100 тысяч в костном мозге. И все-таки сейчас гематопоэтические (кроветворные) стволовые клетки выделяют как раз из крови, поскольку это сопряжено с меньшим риском для донора.

В 1980-х годах был отыскан еще один источник гематопоэтических стволовых клеток -плацента и пуповинная кровь новорожденного ребенка. Имеется эти, что такие клетки смогут давать начало не только клеткам крови, но и последовательности вторых — но важных подтверждений этому до тех пор пока еще нет. Преимущество клеток пуповинной крови в том, что они владеют громадным потенциалом к размножению, а возможность их отторжения значительно меньше.

В первой половине 90-ых годов двадцатого века клетки пуповинной крови были в первый раз сохранены частным образом в Соединенных Штатах — ими при необходимости может воспользоваться как ребенок, так и члены его семьи. На данный момент сохранить пуповинную кровь ребенка возможно и в Российской Федерации — этим занимается Гемабанк (http://www.gemabank.ru/), созданный на базе банка костного мозга Российского онкологического научного центра РАМН им. Н.Н. Блохина.

Цена таких одолжений в Российской Федерации и за границей приблизительно однообразна: около $1500 первоначально и $100 каждый год за хранение.

Нервные клетки восстанавливаются?

Всем известна фраза о том, что нервные клетки не восстанавливаются. Вопреки данной народной мудрости в головном мозге ученые нашли стволовые клетки, каковые при подходящих условиях становятся новыми нейронами. И не только нейронами, но и другими клетками нервной совокупности. Отчего же об этом стало известно лишь в середине 1990-х?

Дело в том, что в мозге приматов стволовые клетки видятся лишь в двух местах — недалеко от желудочков и гиппокампа, где «новые нейроны» увидены не были. Оказывается, в то время, когда какой-то участок мозга поврежден, стволовые клетки мигрируют в том направлении и уже в том месте, на месте, «оперативно разбираются», преобразовываясь в необходимые нервные клетки.

Ученые до сих пор не знают, откуда у взрослого человека стволовые клетки — то ли это «остаток» от эмбриона, то ли они появляются уже в организованном организме. Их уже нашли в скелетных мышцах, печени, коже — не смотря на то, что и в ничтожно малых количествах. В большинстве случаев они становятся клетками «собственной» ткани, не смотря на то, что имеется эти, что «переквалификация» также вероятна — но с этим до сих пор большое количество неясностей.

Неприятность со «взрослыми» стволовыми клетками состоит еще и в том, что они категорически не желают делиться в культуре, сохраняя собственные неповторимые характеристики.

Стволовые и половые

Исходя из этого все внимание приковано к стволовым клеткам, каковые без неприятностей делятся в культуре до 300 раз (более двух лет!) и могут стать любой клеткой — хоть нейроном, хоть клеткой сердечной мускулы либо кроме того клеткой, создающей инсулин. Приобретают эти клетки из эмбрионов. Во второй половине 90-ых годов двадцатого века Джеймс Томсон из университета штата Висконсин в Мэдисоне выделил 5 линий стволовых клеток из эмбрионов, данных парами, неожиданно отказавшимися от искуственного оплодотворения.

Эти клетки оставались в недифференцированном состоянии более 200 делений, сохраняя наряду с этим собственный хромосомный состав. В то же самое время второй ученый, Джон Герхардт из университета Джона Хопкинса, доложил, что его группе удалось выделить и сохранить в культуре в течении более 40 делений эмбриональные половые клетки из зачатков спермы клеток (и половых яйцеклеток) 5−9-месячных абортированных эмбрионов. Не считая метода получения различие между этими видами пребывает в том, что в случае если вколоть эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) мышке с подавленным иммунитетом, то как «побочный продукт» появляются доброкачественные опухоли — тератокарциномы, а инъекция эмбриональных половых клеток (ЭПК) для того чтобы результата не дает.

«Теплицы» для клеток

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) выращивают в особенных условиях. Задача — не разрешить им специализироваться спонтанно и разрешить войти специализацию в нужном направлении методом добавления разных веществ, к примеру факторов и гормонов роста. Дно чашки Петри покрыто намерено обработанными мышиными клетками-кормильцами, каковые являются необычной «землёй» для роста, выделяющей нужные для ЭСК вещества.

Дабы стимулировать рост клеток, в эту среду додают кроме этого бычью эмбриональную сыворотку. Животные компоненты смогут «загрязнить» предназначенные для трансплантации человеческие клетки веществами, каковые синтезируются животной клеткой и не синтезируются людской. Такие вещества (к примеру, сиаловая кислота) являются антигенами и приводят к сильному иммунному ответу при трансплантации. Исходя из этого от животных компонентов лучше избавиться.

До тех пор пока что это удалось сделать лишь частично: существует пара научных работ, в которых продемонстрировано, что «мышиный» нижний слой возможно убрать — и это уже громадный прорыв (не смотря на то, что все полученные до тех пор пока что ЭСК выращивались «на мышах» и загрязнение уже имело возможность случиться). А вот от бычьей сыворотки избавиться не удалось — до тех пор пока что она совсем нужна.

Примечательно, что эмбриональные половые клетки склонны вырабатывать совсем неповторимые структуры — «эмбрионовидные тела». Это комок, складывающийся из спонтанно специализировавшихся клеток всех типов — кожи, сердечной мускулы, нейронов, волос.

Сам себе эмбрион

на данный момент из эмбриональных клеток выращивают ткани, в возможности — органы. В любом случае вопрос совместимости остается открытым. Иммунная совокупность атакует чужеродные клетки, что в следствии может привести к отторжению либо кроме того смерти больного.

Исходя из этого ученые разрабатывают другие подходы.

Один из дорог пребывает в том, дабы детально узнать, какие конкретно химические реакции заставляют специализироваться стволовые клетки, и вводить фактически эти вещества. Второй -модифицировать стволовые клетки «на заказ», для каждого конкретного человека. Фантастика?

Ядро, к примеру, клетки кожи больного пересаживается в яйцеклетку (это именуется терапевтическим клонированием). «Оплодотворенную» так зиготу выращивают в пробирке до стадии бластоцисты, из которой и приобретают стволовые клетки с соответствующим больному иммунологическим профилем.

Человек-паук

А что, в случае если таким же образом в яйцеклетку, к примеру, енота, поместить ядро людской клетки? Окажется ли человек-енот? Теоретически, такое существо — химера — будет являться гибридом двух видов. Китайские ученые уже шагнули от теории к практике.

В 2003 году группой исследователей из Второго Шанхайского медуниверситета под управлением Ху Чжень Шеня были взяты гибриды из клеток кожи нескольких человек (кожи крайней плоти двух мальчиков и двух клеток и мужчин кожи с лица дамы) и яйцеклеток крольчихи. Последние были предварительно высвобождены от ДНК зайца, по окончании чего в том направлении ввели ДНК человека.

Так, гибрид получил от зайца только маленькое количество митохондриальной ДНК. «Оплодотворено» было более 400 яйцеклеток, а до стадии бластоцисты дошло около сотни «химер». Предстоящая судьба искуственных существ была прервана — кто может показаться на свет из для того чтобы эмбриона, китайские ученые определить не решились.

Но уже в 2004 году исследователям из Миннесоты удалось вырастить свинью с людской кровью, а в начале этого года доктор наук Ирвинг Вайссман, директор Университета стволовых клеток Стэнфорда, заявил о намерении взять эмбрион мыши с мозгом человека. Но, на вопрос, будет ли такая мышь умнее собственных создателей, ученые ответить пока не смогут.

История стволовых клеток

1968. Первое оплодотворение людской яйцеклетки в пробирке. 1970-е. Появление первых «химер» — мышей, произведенных в следствии инъекции другого генетического материала (из эмбриональной тератокарциномы) в мышиную бластоцисту.

1981. Выделены клеточные линии мышиных стволовых клеток. Они плюрипотентны, другими словами смогут вырабатывать каждые клетки из трех зародышевых листков. 1988. Элиан Глюкман в клинике Святого Людвига в Париже совершила первую операцию по трансплантации пуповинной крови ребенку с анемией Фанкони. К 2003 году в мире совершено уже более 1000 таких пересадок. 1995−1996.

Выделены плюрипотентные линии эмбриональных стволовых клеток макак-резусов. 1998. Джеймс Томсон из университета штата Висконсин выделяет человеческие эмбриональные стволовые клетки, каковые возможно выращивать в пробирке в недифференцированном виде. Джон Герхард из университета Джона Хопкинса приобретает линии из предшественников половых клеток 5−9-месячных абортированных зародышей.

9.08.2001. Джордж Буш разрешает применение федеральных средств в изучениях с линиями эмбриональных стволовых клеток, взятых до данной даты. 10.02.2003.

Доложено о способе, разрешающем проводить рекомбинацию сегментов ДНК в эмбриональных стволовых клетках. Это ход к терапии и генной инженерии с применением ЭСК. В том же году доложено о способах разделения стволовых клеток в культуре.

Анемия и

Анемия Фанкони — только одна из бессчётных заболеваний, надежду на лечение которой дают стволовые клетки. Это сверхтяжелое наследственное заболевание, вызванное генетическими недостатками (известно 11 кодирующих заболевание генов). Заболевание, в большинстве случаев, проявляется в весьма раннем возрасте — необыкновенная пигментация кожи, склонность к кровотечениям, пальцев и кистей неправильная форма рук, скелетные странности, маленькая глаза и голова.

Основная обстоятельство — генетически повреждены кроветворные клетки костного мозга, «хрупкие» хромосомы которых подвержены разрывам. Исходя из этого среди больных анемией Фанкони довольно большой риск развития раковых болезней. До недавнего времени единственным ее «лечением» была пересадка костного мозга.

Но трудности по нахождению подходящего донора, и осложнения по окончании операции дают мало шансов на выживание. Во второй половине 80-ых годов двадцатого века 5-летнему мальчику с анемией Фанкони в первый раз в мире сделали трансплантацию клеток пуповинной крови. Его родители зачали еще одного ребенка в надежде взять подходящего донора костного мозга, но доктора внесли предложение более надёжную для обоих детей операцию — трансплантацию клеток пуповинной крови новорожденной сестрички.

Мальчик на данный момент не только жив, но и ведет обычную судьбу. Недифференцированные кроветворные клетки пуповинной крови намного легче без отторжения «встраиваются» в совокупность больного ребенка, заменяя собой пораженные клетки либо «исправляя» их собственными сигнальными возможностями.

Раннее развитие эмбриона

Как единственная оплодотворенная клетка — зигота — дает начало такому неописуемо сложно устроенному организму, как человек? Первые деления зиготы происходят на протяжении ее путешествия к матке, где в будущем и начинается плод. За 36 часов она делится на две, а позже на четыре клетки, совсем аналогичные и слабо связанные в единое целое.

Они смогут развиваться по отдельности — так получаются близнецы. Но чаще они остаются совместно и делятся уже несимметрично, причем начиная со стадии восьми клеток между ними устанавливаются сотрудничества, и они начинают осуществлять контроль собственный развитие (до этого за все отвечает материнская яйцеклетка). Кстати, по последним данным, именно это время определяет, где у плода будет голова, а где ноги (каковые разовьются еще нескоро). Следующий этап именуют морулой.

При делении клетки морулы формируют внутренний, неполярный слой — из которого окажутся все ткани и органы эмбриона, а также внешний, полярный — будущие оболочки. На пятый-шестой сутки добавляется еще один слой — жидкий, физически разделяющий будущее тело эмбриона (внутренний слой) и его оболочки (внешний слой). Данный этап развития именуется бластоциста.

Пятидневный эмбрион «в пробирке» складывается из 200−250 клеток и представляет собой трехслойный шарик. Приблизительно на пятый-восьмой сутки по окончании оплодотворения он прикрепляется к стенке матки (в клиниках для искуственного оплодотворения употребляется 5-дневный эмбрион). Эмбриональные стволовые клетки выделяют как раз в маленький промежуток (1−2 дня) с момента формирования бластоцисты до этого события.

Клетки внутреннего слоя еще совсем неспециализированы — возможно из них получаются все клетки людской организма. В 5-дневной бластоцисте содержится 30−34 клеток внутреннего слоя (другими словами фактически эмбриональных стволовых клеток).

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№31, май 2005).

Случайные записи:

Стволовые клетки- вечная жизнь?


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , ,