Войти
| Взрослые стволовые клетки | |
|---|---|
 Передача электронная микрофотография взрослой стволовой клетки с типичными ультраструктурными характеристиками. | |
| Подробности | |
| Идентификаторы | |
| Latin | Cellula praecursoria |
| MeSH | D053687 |
| TH | H1.00.01. 0,00035 |
| Анатомические термины микроанатомии. [редактировать в Викиданных ] | |
Взрослые стволовые клетки - это недифференцированные клетки, обнаруживаемые по всему телу после развития, которые умножаются на деление клеток для пополнения умирающих клеток и регенерации поврежденных тканей. Также известные как соматические стволовые клетки (от греческого Σωματικóς, что означает тело), они могут быть найдены как у молодых, так и у взрослых животных и людей, в отличие от эмбриональные стволовые клетки.
Научный интерес к взрослым стволовым клеткам сосредоточен на их способности бесконечно делиться или самообновляться и генерировать все типы клеток органа из которые они происходят, потенциально регенерируя весь орган из нескольких клеток. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, использование взрослых стволовых клеток человека в исследованиях и терапии не считается спорным, поскольку они получены из образцов тканей взрослого человека, а не из человеческих эмбрионов, предназначенных для научных исследований. Они в основном изучались на людях и модельных организмах, таких как мыши и крысы.
Деление и дифференцировка стволовых клеток. A - стволовые клетки; Б - клетка-предшественница; В - дифференцированная клетка; 1 - симметричное деление стволовых клеток; 2 - асимметричное деление стволовых клеток; 3 - прародительский отдел; 4 - дифференциация выводов A стволовые клетки обладают двумя свойствами:
Для обеспечения самообновления стволовые клетки подвергаются два типа деления клеток (см. схему деления и дифференцировки стволовых клеток). Симметричное деление дает две идентичные дочерние стволовые клетки, тогда как асимметричное деление дает одну стволовую клетку и одну клетку-предшественницу с ограниченным потенциалом самообновления. Предшественники могут пройти несколько раундов клеточного деления, прежде чем окончательно дифференцироваться в зрелую клетку. Считается, что молекулярное различие между симметричными и асимметричными делениями заключается в дифференциальной сегрегации белков клеточной мембраны (таких как рецепторы ) и связанных с ними белков между дочерними клетками.
В нормальных условиях тканевые стволовые клетки делятся медленно и нечасто. Они проявляют признаки покоя или обратимой остановки роста. ниша, в которой находятся стволовые клетки, играет большую роль в поддержании покоя. Нарушенные ниши заставляют стволовые клетки снова начинать активно делиться, чтобы заменить потерянные или поврежденные клетки, пока ниша не будет восстановлена. В гемопоэтических стволовых клетках этот переход регулируют путь MAPK / ERK и путь PI3K / AKT / mTOR. Способность регулировать клеточный цикл в ответ на внешние сигналы помогает предотвратить истощение стволовых клеток или постепенную потерю стволовых клеток после изменения баланса между неактивным и активным состояниями. Редкие деления клеток также помогают снизить риск приобретения мутаций ДНК, которые могут передаваться дочерним клеткам.
Открытия последних лет позволили предположить, что взрослые стволовые клетки могут обладать способностью дифференцироваться в типы клеток из разных зародышевых листков. Например, нейральные стволовые клетки головного мозга, которые происходят из эктодермы, могут дифференцироваться на эктодерму, мезодерму и энтодерму. Стволовые клетки костного мозга, происходящие из мезодермы, могут дифференцироваться в печень, легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу, которые происходят из энтодермы и мезодермы. Это явление называется трансдифференцировкой стволовых клеток или пластичностью. Это может быть вызвано изменением питательной среды, когда стволовые клетки культивируют in vitro, или их трансплантации в орган тела, отличный от того, из которого они были первоначально выделены. Среди биологов до сих пор нет единого мнения о распространенности и физиологической и терапевтической значимости пластичности стволовых клеток. Более поздние открытия предполагают, что плюрипотентные стволовые клетки могут находиться в крови и тканях взрослых в спящем состоянии. Эти клетки называются «стволовыми клетками, подобными бластомерам» (BLSC) и «очень маленькими, подобными эмбрионам» (VSEL) стволовыми клетками, и проявляют плюрипотентность in vitro. Поскольку клетки BLSC и VSEL присутствуют практически во всех тканях взрослого человека, включая легкие, мозг, почки, мышцы и поджелудочную железу, совместная очистка BLSC и клеток VSEL с другими популяциями взрослых стволовых клеток может объяснить очевидную плюрипотентность популяций взрослых стволовых клеток.. Однако недавние исследования показали, что как человеческие, так и мышиные клетки VSEL лишены характеристик стволовых клеток и не являются плюрипотентными.
С возрастом функция стволовых клеток нарушается, и это способствует прогрессирующему ухудшению поддержание и восстановление тканей. Вероятной важной причиной увеличения дисфункции стволовых клеток является возрастное накопление повреждений ДНК как в стволовых клетках, так и в клетках, составляющих среду стволовых клеток. (См. Также Теория старения повреждений ДНК.)
Однако взрослые стволовые клетки могут быть искусственно возвращены в состояние, в котором они ведут себя как эмбриональные стволовые клетки (включая связанные с ними механизмы восстановления ДНК). Это было сделано с мышами еще в 2006 году, и в будущем предполагалось существенно замедлить старение человека. Такие клетки являются одним из различных классов индуцированных стволовых клеток.
Исследования взрослых стволовых клеток были сосредоточены на раскрытии общих молекулярных механизмов, которые контролируют их самих. -обновление и дифференциация.
Гематопоэтические стволовые клетки (HSC) - это стволовые клетки, которые могут дифференцироваться во все клетки крови. Этот процесс называется гемопоэзом. Гемопоэтические стволовые клетки обнаружены в костном мозге и пуповинной крови.
стволовые клетки молочных желез являются источником клеток для роста молочных желез. железы в период полового созревания и беременности и играют важную роль в канцерогенезе груди. Стволовые клетки молочных желез были выделены из ткани человека и мыши, а также из клеточных линий, полученных из молочной железы. Единичные такие клетки могут давать начало как просвету, так и миоэпителиальным клеткам типа железы, и было показано, что они обладают способностью регенерировать весь орган у мышей.
Стволовые клетки кишечника непрерывно делятся на протяжении всей жизни и используют сложную генетическую программу для производства клеток, выстилающих поверхность тонкого и толстого кишечника. Стволовые клетки кишечника располагаются около основания ниши стволовых клеток, называемого криптами Либеркуна. Стволовые клетки кишечника, вероятно, являются источником большинства видов рака тонкой и толстой кишки.
Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) имеют стромальное происхождение и могут дифференцируются в различные ткани. МСК были выделены из плаценты, жировой ткани, легкого, костного мозга и крови, желе Уортона из пуповина и зубы (периваскулярная ниша пульпы зуба и периодонтальная связка ). МСК привлекательны для клинической терапии из-за их способности дифференцировать, обеспечивать трофическую поддержку и модулировать врожденный иммунный ответ. Эти клетки обладают способностью дифференцировать в различные типы клеток, такие как остеобласты, хондробласты, адипоциты, нейроэктодермальные клетки и гепатоциты. Биоактивные медиаторы, которые способствуют локальному росту клеток, также секретируются МСК. Также наблюдается противовоспалительное действие на местную микросреду, способствующее заживлению тканей. Воспалительный ответ может модулироваться регенеративными клетками, полученными из жировой ткани (ADRC), включая мезенхимальные стволовые клетки и регуляторные Т-лимфоциты. Таким образом, мезенхимальные стволовые клетки изменяют результат иммунного ответа, изменяя секрецию цитокинов дендритными и Т-клеточными субпопуляциями. Это приводит к переходу от провоспалительной среды к противовоспалительной или толерантной клеточной среде.
Эндотелиальные стволовые клетки являются одним из трех типов обнаруженных мультипотентных стволовых клеток в костном мозге. Это редкая и противоречивая группа, обладающая способностью дифференцироваться в эндотелиальные клетки, клетки, выстилающие кровеносные сосуды.
Существование стволовых клеток во взрослом мозге было постулировано после открытия, что процесс нейрогенеза, рождения новых нейронов, продолжается и во взрослой жизни у крыс. О наличии стволовых клеток в зрелом мозге приматов впервые сообщили в 1967 году. С тех пор было показано, что новые нейроны генерируются у взрослых мышей, певчих птиц и приматов, включая человека. Обычно нейрогенез взрослого человека ограничен двумя областями головного мозга - субвентрикулярной зоной, которая выстилает боковые желудочки, и зубчатой извилиной образование гиппокампа. Хотя генерация новых нейронов в гиппокампе хорошо известна, наличие истинных самообновляющихся стволовых клеток там обсуждалось. При определенных обстоятельствах, таких как повреждение ткани при ишемии, нейрогенез может быть индуцирован в других областях мозга, включая неокортекс.
Нервные стволовые клетки обычно культивируются in vitro, так называемые нейросферы - плавающие гетерогенные агрегаты клеток, содержащие большую часть стволовых клеток. Они могут размножаться в течение продолжительных периодов времени и дифференцироваться как в нейрональные, так и в глиальные клетки, и, следовательно, вести себя как стволовые клетки. Однако некоторые недавние исследования предполагают, что такое поведение индуцируется условиями культивирования в клетках-предшественниках, потомках деления стволовых клеток, которые обычно проходят строго ограниченное количество циклов репликации in vivo. Кроме того, полученные из нейросферы клетки не ведут себя как стволовые клетки при трансплантации обратно в мозг.
Нервные стволовые клетки имеют много общих свойств с гемопоэтическими стволовыми клетками (HSC). Примечательно, что при введении в кровь клетки, полученные из нейросферы, дифференцируются в различные типы клеток иммунной системы.
Обонятельные взрослые стволовые клетки были успешно получены от человека обонятельная слизистая оболочка клетки, которые находятся в слизистой оболочке носа и участвуют в обонянии. Если им дать правильную химическую среду, эти клетки обладают той же способностью, что и эмбриональные стволовые клетки, развиваться во множество различных типов клеток. Обонятельные стволовые клетки обладают потенциалом для терапевтического применения и, в отличие от нервных стволовых клеток, могут быть легко получены без вреда для пациента. Это означает, что их можно легко получить от всех людей, в том числе от пожилых пациентов, которые могут больше всего нуждаться в лечении стволовыми клетками.
Волосяные фолликулы содержат два типа стволовых клеток, один из которых, по-видимому, представляет собой остаток стволовых клеток эмбрионального нервного гребня. Аналогичные клетки были обнаружены в желудочно-кишечном тракте, седалищном нерве, сердечном тракте оттока и спинномозговой и симпатических ганглиях. Эти клетки могут генерировать нейроны, шванновские клетки, миофибробласты, хондроциты и меланоциты.
Мультипотентные стволовые клетки с заявленной эквивалентностью эмбриональным стволовым клеткам были получены из сперматогониальных клеток-предшественников, обнаруженных в семенниках лабораторных мышей учеными из Германии и США, а год спустя исследователями из Германия и Великобритания подтвердили ту же способность, используя клетки яичек человека. Извлеченные стволовые клетки известны как взрослые стволовые клетки зародышевой линии человека (GSC)
Мультипотентные стволовые клетки также были получены из половых клеток, обнаруженных в яичках человека.
Лечение взрослых стволовыми клетками использовалось в течение многих лет для успешного лечения лейкемии и родственного рака костей / крови с использованием трансплантатов костного мозга. Использование взрослых стволовых клеток в исследованиях и терапии не считается спорным, как использование эмбриональных стволовых клеток, поскольку для производства взрослых стволовых клеток не требуется разрушение эмбрион.
Раннее регенеративное применение взрослых стволовых клеток было сосредоточено на внутривенной доставке предшественников крови, известных как гематопетические стволовые клетки (ГСК). CD34 + гемопоэтические стволовые клетки клинически применялись для лечения различных заболеваний, включая повреждение спинного мозга, цирроз печени и заболевание периферических сосудов. Исследования показали, что CD34 + гемопоэтических стволовых клеток относительно больше у мужчин, чем у женщин репродуктивной возрастной группы, среди жертв травм спинного мозга. Другие ранние коммерческие приложения были сосредоточены на мезенхимальных стволовых клетках (МСК). Для обеих клеточных линий прямая инъекция или размещение клеток в участке, нуждающемся в восстановлении, может быть предпочтительным методом лечения, поскольку сосудистая доставка страдает от «эффекта первого прохождения через легкие», когда клетки, введенные внутривенно, секвестрируются в легких. Опубликованы отчеты о клинических случаях применения ортопедии. Wakitani опубликовал небольшую серию случаев девяти дефектов в пяти коленях, связанных с хирургической трансплантацией мезенхимальных стволовых клеток с покрытием вылеченных хондральных дефектов. Centeno et al. сообщили о МРТ высокого поля, свидетельствующей об увеличении объема хряща и мениска у отдельных людей, а также о большом исследовании безопасности n = 227. Многие другие методы лечения на основе стволовых клеток действуют за пределами США, и в отношении этих методов лечения ведется много споров, поскольку некоторые считают, что требуется больше регулирования, поскольку клиники, как правило, преувеличивают заявления об успехе и минимизируют или игнорируют риски.
Терапевтический потенциал взрослых стволовых клеток является предметом многих научных исследований из-за их способности извлекаться из родительского организма, то есть самки, во время родов. Как и эмбриональные стволовые клетки, взрослые стволовые клетки обладают способностью дифференцироваться в более чем один тип клеток, но в отличие от первого они часто ограничиваются определенными типами или «линиями». Способность дифференцированной стволовой клетки одной линии продуцировать клетки другой линии называется трансдифференцировкой. Некоторые типы взрослых стволовых клеток более способны к трансдифференцировке, чем другие, но для многих нет доказательств того, что такая трансформация возможна. Следовательно, для лечения взрослых стволовыми клетками требуется источник стволовых клеток конкретной необходимой линии, и сбор и / или их культивирование до необходимого количества является сложной задачей. Кроме того, сигналы из ближайшего окружения (включая то, насколько жесткая или пористая окружающая структура / внеклеточный матрикс ) могут изменять или усиливать судьбу и дифференцировку стволовых клеток.
Плюрипотентные стволовые клетки, т.е. клетки, которые могут дать начало любому типу клеток плода или взрослого человека, можно найти в ряде тканей, включая пуповинную кровь. С помощью генетического репрограммирования плюрипотентные стволовые клетки, эквивалентные эмбриональным стволовым клеткам, были получены из ткани кожи взрослого человека. Другие взрослые стволовые клетки мультипотентны, что означает, что существует несколько ограниченных типов клеток, которыми они могут стать, и их обычно называют по их тканевому происхождению (например, мезенхимальные стволовые клетки, полученные из жировой ткани стволовые клетки, эндотелиальные стволовые клетки и т. д.). Большая часть исследований взрослых стволовых клеток сосредоточена на изучении их способности бесконечно делиться или самообновляться, а также их способности к дифференцировке. У мышей плюрипотентные стволовые клетки могут быть получены непосредственно из культур взрослых фибробластов.
В последние годы принята концепция взрослых стволовых клеток увеличилось. В настоящее время существует гипотеза о том, что стволовые клетки находятся во многих тканях взрослого человека и что эти уникальные резервуары клеток не только отвечают за нормальные репаративные и регенеративные процессы, но также считаются основной мишенью для генетических и эпигенетических изменения, достигающие высшей точки во многих аномальных состояниях, включая рак. (Подробнее см. раковые стволовые клетки.)
Взрослые стволовые клетки экспрессируют транспортеры АТФ-связывающей кассеты семейство, которое активно выкачивает множество органических молекул из клетки. Многие фармацевтические препараты экспортируются этими транспортерами, придающими клетке множественную лекарственную устойчивость. Это усложняет разработку лекарств, например таргетных терапий нервными стволовыми клетками для лечения клинической депрессии.
