Эмбриональные стволовые клетки

Данные в этой статье приведены по состоянию на 2010. Вы можете помочь, обновив информацию в статье.

Плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки происходят из внутренней клеточной массы внутри бластоцисты. Стволовые клетки могут стать любой тканью тела, кроме плаценты. Только клетки морулы являются тотипотентными и могут дать начало плаценте

Эмбриональные стволовые клетки человека в клеточной культуре

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) - тип плюрипотентных клеток млекопитающих, поддерживаемых в культуре. Получают из внутренней клеточной массы бластоцисты на ранней стадии развития зародыша. Зародыш человека достигает стадии бластоцисты спустя 5-6 дней после оплодотворения, бластоциста человека состоит из 50-150 клеток.

Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными. Это означает, что они могут дифференцироваться во все три первичных зародышевых листка: эктодерму, энтодерму и мезодерму. Таким образом образуются более 220 видов клеток. Свойство плюрипотентности отличает эмбриональные стволовые клетки от полипотентных клеток, которые могут дать начало лишь ограниченному количеству типов клеток. В отсутствие стимулов к дифференциации in vitro эмбриональные стволовые клетки могут поддерживать плюрипотентность в течение многих клеточных делений. Наличие плюрипотентных клеток у взрослого организма остается объектом научных дискуссий, хотя исследования показали, что существует возможность образования плюрипотентных клеток из фибробластов взрослого человека.^[1]

Ввиду пластичности и потенциально неограниченного потенциала самообновления эмбриональные стволовые клетки имеют перспективы применения в регенеративной медицине и замещении поврежденных тканей. Однако в настоящий момент не существует никакого медицинского применения эмбриональных стволовых клеток. Стволовые клетки взрослых организмов и стволовые клетки спинного мозга используются для терапии различных заболеваний. Некоторые заболевания крови и иммунной системы (в том числе генетические) могут быть излечены стволовыми клетками неэмбрионального происхождения.^{[источник не указан 93 дня]} Разрабатываются методы лечения с помощью стволовых клеток таких патологий, как онкологические заболевания, юношеский диабет, синдром Паркинсона, слепота и нарушения работы спинного мозга^{[источник не указан 93 дня]}

Существуют как этические, так и технические затруднения, связанные с трансплантацией гематопоэтических стволовых клеток. Эти проблемы связаны, в том числе, с гистосовместимостью. Такие проблемы могут быть разрешены при использовании собственных стволовых клеток или путем терапевтического клонирования.

Для дифференциации эмбриональных стволовых клеток достаточно подействовать на них факторами роста. Например, эмбриональные стволовые клетки мыши, дифференцированные in vitro в нейральные клетки, были использованы для восстановления повреждённого спинного мозга крысы. Для получения гепатоцитов был использован бутират натрия, а для получения гемопоэтических стволовых клеток трансдуцировали эмбриональные СК генами Cdx, HoxB4.

История исследований и разработок

Выделение и культура in vitro

Стволовые клетки были выделены при анализе тератокарциномы. В 1964 году исследователи показали, что клетки тератокарциномы остаются недифференцированными в культуре клеток. Такие стволовые клетки называют эмбриональными клетками карциномы.^[2] Исследователи показали, что первичные эмбриональные зародышевые клетки могут размножаться в культуре и могут образовывать разные типы клеток.

Эмбриональные стволовые клетки выделили из мышиных эмбрионов в 1981 году Мартин Эванс и Мэтью Кауфман, а также независимо от них Гэйл Мартин^[3][4]. Прорыв в исследовании эмбриональных стволовых клеток человека произошел в ноябре 1998 года в группе Джеймса Томсона в Университете Висконсина. Ученые выделили такие клетки из бластоцисты человека^[5].

Загрязнения веществами, которые используют для поддержания клеточных культур

Сетевая версия журнала Nature Medicine опубликовало в январе 2005 года материал, согласно которому стволовые клетки человека, которые доступны для исследований, финансируемых федеральными грантами, загрязнены молекулами сред для культивирования клеток животного происхождения^[6]. Для поддержания плюрипотентности активно делящихся клеток часто используют клетки животного происхождения (обычно это клетки мышей). Выяснилось, что это порождает ряд проблем; в частности, оказалось, что сиаловая кислота животного происхождения сужает возможности применения эмбриональных стволовых клеток для терапевтических целей^[7]

В работе, опубликованной в журнале Lancet Medical Journal 7 марта 2005 года^[8], детально описана методика культивирования новой линии стволовых клеток в среде, полностью свободной от клеток и сыворотки животного происхождения. После более чем шестимесячного периода культивирования в недифференцированном состоянии эти клетки могли дифференцироваться в клетки всех трех зародышевых листков как в составе тератом, так и в культуре.

Терапевтические применения

23 января 2009 года началась первая фаза клинических испытаний по трансплантации популяции человеческих эмбриональных стволовых клеток пациентам с травмами спинного мозга^[9]. Данное исследование было основано на результатах, полученных группой Ханса Кейрстеда с соавт. в университете города Ирвин, Калифорния, США, финансируемых Корпорацией Geron (Menlo Park, Калифорния, США). Результаты данного эксперимента показали улучшение локомоторной проводимости у крыс с травмами спинного мозга. На седьмой день после трансплантации, эмбриональные стволовые клетки человека дифференцировались в олигодендроциты.^[10]

В Российской Федерации терапевтическое применение эмбриональных клеток станет возможным после принятия закона «О применении биомедицинских технологий в медицинской практике»^[11], который должен был рассматриваться Госдумой РФ в 2011 году.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells, iPSC или iPS) удалось получить из клеток различных тканей (в первую очередь фибробластов) с помощью их перепрограммирования методами генетической инженерии.

В ранних работах iPS пытались получить путём слияния «взрослых» клеток с ЭСК^[12]. В 2006 г были получены iPS из сперматогониев мышей и людей^[13].

В 2008 г были разработаны методы перепрограммирования клеток путем введения в них «эмбриональных» генов (в первую очередь генов транскрипционных факторов Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc и Nanog) с помощью аденовирусов и других векторов"^[14][15] При этом выяснилось, что перепрограммирование может индуцироваться временной экспрессией введённых генов, без их встраивания в геном клеток. Перепрограммирование клеток с целью превращения их в iPS было признано журналом Science главным научным прорывом 2008 г^[16]

В 2009 году была опубликована работа, в которой с помощью метода тетраплоидной комплементации впервые было показано, что iPS могут давать полноценный организм, в том числе и его клетки зародышевого пути^[17]. iPS, полученные из фибробластов кожи мышей с помощью трансформации с использованием ретровирусного вектора, в некотором проценте случаев дали здоровых взрослых мышей, которые были способны нормально размножаться. Таким образом, впервые были получены клонированные животные без примеси генетического материала яйцеклеток (при стандартной процедуре клонирования митохондриальная ДНК передается потомству от яйцеклетки реципиента).

Можно надеяться, что теперь для получения плюрипотентных клеток не придется использовать человеческие эмбрионы, что снимает многие этические проблемы, связанные с практическим применением стволовых клеток.

См. также

• Стволовые клетки
• Банк пуповинной крови

Примечания

1. ↑ Department of Stem Cell Biology, Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University, Kyoto (August 25, 2006). «Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors». Cell.
2. ↑ Andrews P, Matin M, Bahrami A, Damjanov I, Gokhale P, Draper J (2005). «Embryonic stem (ES) cells and embryonal carcinoma (EC) cells: opposite sides of the same coin». Biochem Soc Trans 33 (Pt 6): 1526–30. DOI:10.1042/BST20051526. PMID 16246161.
3. ↑ Evans M, Kaufman M (1981). «Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos». Nature 292 (5819): 154–6. DOI:10.1038/292154a0. PMID 7242681.
4. ↑ Martin G (1981). «Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells». Proc Natl Acad Sci U S A 78 (12): 7634–8. DOI:10.1073/pnas.78.12.7634. PMID 6950406.
5. ↑ Thomson J, Itskovitz-Eldor J, Shapiro S, Waknitz M, Swiergiel J, Marshall V, Jones J (1998). «Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts». Science 282 (5391): 1145–7. DOI:10.1126/science.282.5391.1145. PMID 9804556.
6. ↑ Ebert, Jessica (24 January 2005). «Human stem cells trigger immune attack». News from "Nature" (Nature Publishing Group). DOI:"10.1038/news050124-1 ". Проверено 2009-02-27.
7. ↑ Access to articles : Nature Medicine
8. ↑ Human embryonic stem cells derived without feeder cells, Irina Klimanskaya, The Lancet, Volume 365, Issue 9471, Pages 1636—1641, 7 May 2005. doi:10.1016/S0140-6736(05)66473-2
9. ↑ FDA approves human embryonic stem cell study - CNN.com. Архивировано из первоисточника 28 марта 2012.
10. ↑ Keirstead HS, Nistor G, Bernal G, et al (May 2005). «Human embryonic stem cell-derived oligodendrocyte progenitor cell transplants remyelinate and restore locomotion after spinal cord injury». J. Neurosci. 25 (19): 4694–705. DOI:10.1523/JNEUROSCI.0311-05.2005. PMID 15888645.
11. ↑ Приказ минздрава о формировании рабочей группы по проекту ФЗ «О применении биомедицинских технологий в медицинской практике» (ПРИКАЗ от 26 февраля 2009 года N 80)
12. ↑ http://elementy.ru/news/164751 Источником эмбриональных стволовых клеток может стать человеческая кожа
13. ↑ http://elementy.ru/news/430176 Получены «этичные» эмбриональные стволовые клетки. Александр Сергеев.
14. ↑ http://elementy.ru/news/430912 Ученые разработали новый метод получения стволовых клеток Елена Наймарк
15. ↑ Matthias Stadtfeld, Masaki Nagaya, Jochen Utikal, Gordon Weir, Konrad Hochedlinger. Induced Pluripotent Stem Cells Generated Without Viral Integration // Science. V. 322. P. 945—949 (7 November 2008). DOI: 10.1126/science.1162494.
16. ↑ http://elementy.ru/news/430958 Год перепрограммированных клеток. П. Петров
17. ↑ Xiao-yang Zhao1, Wei Li1, Zhuo Lv1,, Lei Liu1, Man Tong1, Tang Hai1, Jie Hao1, Chang-long Guo1, Qing-wen Ma, Liu Wang, Fanyi Zeng, Qi Zhou. iPS cells produce viable mice through tetraploid complementation. Nature 461, (3 September 2009), 86-90

Ссылки

• Understanding Stem Cells: A View of the Science and Issues from the National Academies
• National Institutes of Health