Стволовая клетка

редактировать
Недифференцированные биологические клетки, которые могут дифференцироваться в специализированные клетки
Стволовая клетка
MSC high magnification.jpg Трансмиссия электронная микрофотография мезенхимальной стволовой клетки, отображающей типичные ультраструктурные характеристики
Детали
Идентификаторы
Latin Cellula praecursoria
MeSH D013234
TH H1.00.01.0.00028, H2.00.01.0.00001
FMA 63368
Анатомическая терминология [редактировать Викиданные ]

В многоклеточных организмах, стволовых клетках - это недифференцированные или частично дифференцированные клетки, которые могут дифференцироваться в различные типы клеток и бесконечно пролиферировать для производства большего количества одного и того же ствола ячейка. Это самый ранний тип клеток в линии клеток. Они обнаруживаются как у эмбриональных, так и у взрослых организмов, но у каждого из них свойства несколько различаются. Их обычно отличают от клеток-предшественников, которые не могут делиться бесконечно долго, и клеток-предшественников или бластных клеток, которые обычно преданы дифференцировке в один тип клеток.

У млекопитающих примерно 50–150 клеток составляют внутреннюю клеточную массу на стадии бластоцисты эмбрионального развития, примерно на 5–5-й день. 14. Они обладают способностью к стволовым клеткам. In vivo они в конечном итоге дифференцируются во все типы клеток организма (что делает их плюрипотентными ). Этот процесс начинается с дифференциации на три зародышевых листка - эктодерму, мезодерму и энтодерму - в гаструляции этап. Однако, когда они изолированы и культивируются in vitro, они могут сохраняться на стадии стволовых клеток и известны как эмбриональные стволовые клетки (ESCs).

Взрослые стволовые клетки находятся в нескольких избранных местах тела, известных как ниши, например, в костном мозге или гонадах. Они существуют для восполнения быстро утраченных типов клеток и являются мультипотентными или унипотентными, что означает, что они дифференцируются только на несколько типов клеток или на один тип клеток. У млекопитающих они включают, среди прочего, гемопоэтические стволовые клетки, которые восполняют кровь и иммунные клетки, базальные клетки, которые поддерживают кожный эпителий и мезенхимальные стволовые клетки, которые поддерживают костные, хрящевые, мышечные и жировые клетки. Взрослые стволовые клетки составляют небольшое количество клеток; их намного меньше, чем клеток-предшественников и терминально дифференцированных клеток, в которые они дифференцируются.

Исследования стволовых клеток были основаны на открытиях канадских биологов Эрнест А. МакКаллох, Джеймс Э. Тилль и Эндрю Дж. Беккер из Университета Торонто в 1960-х. По состоянию на 2016 год единственной установленной лекарственной терапией с использованием стволовых клеток является трансплантация гемопоэтических стволовых клеток, впервые проведенная в 1958 году французским онкологом Жоржем Мате. Однако с 1998 года стало возможным культивировать и дифференцировать эмбриональные стволовые клетки человека (в линиях стволовых клеток ). Процесс выделения этих клеток был спорным, потому что он обычно приводит к разрушению эмбриона. Источники для выделения ESC были ограничены в некоторых европейских странах и Канаде, но другие, такие как Великобритания и Китай, продвигали исследования. Перенос ядра соматических клеток - это клонирование метод, который можно использовать для создания клонированного эмбриона для использования его эмбриональных стволовых клеток в терапии стволовыми клетками. В 2006 году японская группа под руководством Шинья Яманака открыла метод преобразования зрелых клеток тела обратно в стволовые. Они были названы индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК).

Содержание

  • 1 История
  • 2 Свойства
    • 2.1 Самообновление
    • 2.2 Значение активности
    • 2.3 Идентификация
  • 3 Эмбриональные
    • 3.1 Мезенхимальные стволовые клетки
    • 3.2 Контроль клеточного цикла
  • 4 Фетальный
  • 5 Взрослый
  • 6 Амниотический
  • 7 Индуцированный плюрипотентный
    • 7.1 Контроль клеточного цикла
  • 8 Происхождение
  • 9 Методы лечения
    • 9.1 Преимущества
    • 9.2 Недостатки
    • 9.3 Туризм стволовых клеток
  • 10 Исследования
    • 10.1 Исследования
  • 11 См. Также
  • 12 Ссылки
  • 13 Дополнительная литература
  • 14 Внешние ссылки

История

Ключевые свойства стволовой клетки были впервые определены Эрнестом МакКаллоком и Джеймсом Тиллем в Университете Торонто в начало 1960-х гг. Они открыли кроветворные стволовые клетки, гемопоэтические стволовые клетки (HSC), благодаря своей новаторской работе на мышах. Маккалох и Тилль начали серию экспериментов, в которых клетки костного мозга вводили облученным мышам. Они наблюдали уплотнения в селезенке мышей, которые были линейно пропорциональны количеству введенных клеток костного мозга. Они предположили, что каждая шишка (колония) была клоном, возникшим из одной клетки костного мозга (стволовой клетки). В последующей работе Маккалок и Тилль, к которым присоединились аспирант Энди Беккер и старший научный сотрудник Лу Симинович, подтвердили, что каждый кусок на самом деле возник из одной клетки. Их результаты были опубликованы в журнале Nature в 1963 году. В том же году Симинович был ведущим исследователем в исследованиях, которые обнаружили, что колониеобразующие клетки способны к самообновлению, что является ключевым определяющим свойством стволовых клеток, которое теоретизировали Тилль и МакКаллох.

Первой терапией с использованием стволовых клеток была трансплантация костного мозга, проведенная французским онкологом Жоржем Мате в 1958 году пяти сотрудникам ядерного института Винча в Югославии, пострадавшей от аварии, связанной с критичностью. Все рабочие выжили.

В 1981 году британские биологи Мартин Эванс и Мэтью Кауфман впервые изолировали и успешно культивировали эмбриональные стволовые (ES) клетки с использованием бластоцист мыши. Это позволило сформировать мышиные генетические модели, систему, в которой гены мышей удаляются или изменяются с целью изучения их функции при патологии. К 1998 году эмбриональные стволовые клетки были впервые выделены американским биологом Джеймсом Томсоном, что позволило использовать новые методы трансплантации или различные типы клеток для тестирования новых методов лечения. В 2006 году команда Шинья Яманака из Киото, Япония, преобразовала фибробласты в плюрипотентные стволовые клетки, изменив экспрессию только четырех генов. Подвиг представляет собой происхождение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, известных как iPS-клетки.

Свойства

Классическое определение стволовой клетки требует, чтобы она обладала двумя свойствами:

Самообновление

Два механизма обеспечивают поддержание популяции стволовых клеток (не уменьшаются в размере):

1. Асимметричное деление клетки : стволовая клетка делится на одну материнскую клетку, которая идентична исходной стволовой клетке, и другую дочернюю клетку, которая дифференцируется.

Когда стволовая клетка самообновляется, она делится и не нарушает недифференцированное состояние. Это самообновление требует контроля клеточного цикла, а также поддержания мультипотентности или плюрипотентности, которые все зависит от стволовых клеток.

2. Стохастическая дифференцировка: когда одна стволовая клетка растет и делится на две дифференцированные дочерние клетки, другая стволовая клетка претерпевает митоз и производит две стволовые клетки, идентичные исходным.

Стволовые клетки используют теломеразу, белок, восстанавливающий теломеры, для защиты их ДНК и увеличения предела клеточного деления (предел Хейфлика ).

Эффективность значение

Плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки происходят из клеток внутренней клеточной массы (ICM) внутри бластоцисты. Эти стволовые клетки могут стать любой тканью в организме, за исключением плаценты. Только клетки более ранней стадии эмбриона, известные как морула, тотипотентны, способны становиться всеми тканями организма и внеэмбриональной плацентой. Человеческие эмбриональные стволовые клетки. A: Колонии стволовых клеток, которые еще не дифференцировались.. B: нервные клетки, пример типа клеток после дифференцировки.

Potency указывает потенциал дифференцировки (потенциал дифференцироваться в разные типы клеток) стволовых клеток.

  • Тотипотентные (также известные как всемогущие) стволовые клетки могут дифференцироваться на эмбриональные и внеэмбриональные клетки. Такие клетки могут создавать полноценные, v здоровый организм. Эти клетки образуются в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида. Клетки, продуцируемые в результате первых нескольких делений оплодотворенной яйцеклетки, также являются тотипотентными.
  • Плюрипотентные стволовые клетки являются потомками тотипотентных клеток и могут дифференцироваться почти во все клетки, т.е. клетки, полученные из любого из трех зародышей слои.
  • Мультипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться в несколько типов клеток, но только на клетки близкородственного семейства клеток.
  • Олигопотентные стволовые клетки могут дифференцироваться только в несколько типов клеток, например лимфоидные или миелоидные стволовые клетки.
  • Унипотентные клетки могут продуцировать только один тип клеток, свои собственные, но обладают свойством самообновления, которое отличает их от не стволовых клеток (например, клеток-предшественников, которые не могут самообновляться).

Идентификация

На практике стволовые клетки идентифицируются по тому, могут ли они регенерировать ткань. Например, определяющий тест для костного мозга или гемопоэтических стволовых клеток (HSC) - это способность трансплантировать клетки и спасать человека без HSC. Это показывает, что клетки могут производить новые клетки крови в течение длительного времени. Также должна быть возможность выделить стволовые клетки от пересаженного человека, которые сами могут быть трансплантированы другому человеку без HSC, демонстрируя, что стволовые клетки были способны к самообновлению.

Свойства стволовых клеток можно проиллюстрировать in vitro, используя такие методы, как клоногенные анализы, в которых отдельные клетки оцениваются на предмет их способности дифференцироваться и самообновляться. Стволовые клетки также можно выделить по наличию в них особого набора маркеров клеточной поверхности. Однако условия культивирования in vitro могут изменять поведение клеток, из-за чего неясно, будут ли клетки вести себя аналогичным образом in vivo. Существует много споров относительно того, являются ли некоторые предлагаемые популяции взрослых клеток действительно стволовыми клетками.

Эмбриональные

Эмбриональные стволовые клетки (ESC) - это клетки внутренней клеточной массы бластоцисты , сформированной до имплантации в матку. В эмбриональном развитии человека стадия бластоцисты достигается через 4–5 дней после оплодотворения, когда она состоит из 50–150 клеток. ЭСК являются плюрипотентными и в процессе развития дают начало всем производным трех зародышевых листков : эктодермы, энтодермы и мезодермы. Другими словами, они могут развиваться в каждый из более чем 200 типов клеток взрослого тела при достаточной и необходимой стимуляции для определенного типа клеток. Они не вносят вклад в экстраэмбриональные мембраны или плаценту.

Во время эмбрионального развития клетки внутренней клеточной массы непрерывно делятся и становятся более специализированными. Например, часть эктодермы в дорсальной части эмбриона специализируется как «нейроэктодерма », которая в будущем станет центральной нервной системой. Позже в развитии нейруляция заставляет нейроэктодерму формировать нервную трубку. На стадии нервной трубки передняя часть подвергается энцефализации, чтобы сформировать или «сформировать» основную форму мозга. На этой стадии развития основным типом клеток ЦНС считается нервная стволовая клетка.

. Нервные стволовые клетки самообновляются и в какой-то момент переходят в клетки-предшественники радиальной глии (RGPs). Ранние сформированные RGP самообновляются посредством симметричного деления с образованием группы резервуаров клеток-предшественников. Эти клетки переходят в нейрогенное состояние и начинают делиться асимметрично с образованием большого разнообразия множества различных типов нейронов, каждый из которых имеет уникальную экспрессию генов, морфологические и функциональные характеристики. Процесс образования нейронов из радиальных глиальных клеток называется нейрогенезом. Радиальная глиальная клетка имеет отличительную биполярную морфологию с сильно удлиненными отростками, охватывающими толщину стенки нервной трубки. Он разделяет некоторые глиальные характеристики, в первую очередь экспрессию глиального фибриллярного кислого белка (GFAP). Радиальная глиальная клетка является первичной нервной стволовой клеткой развивающегося позвоночного ЦНС, и ее клеточное тело находится в желудочковой зоне, рядом с развивающейся желудочковой системой. Нервные стволовые клетки связаны с нейрональными линиями (нейроны, астроциты и олигодендроциты ), и, таким образом, их эффективность ограничена.

Почти все исследования, проведенные на сегодняшний день, использовали эмбриональные стволовые клетки мыши (mES) или эмбриональные стволовые клетки человека (hES), полученные из ранней внутренней клеточной массы. Оба обладают основными характеристиками стволовых клеток, но для поддержания недифференцированного состояния им требуется очень разная среда. Мышиные ES-клетки выращивают на слое желатина в качестве внеклеточного матрикса (для поддержки) и требуют присутствия фактора ингибирования лейкемии (LIF) в сывороточной среде.. Комбинация лекарств, содержащая ингибиторы GSK3B и пути MAPK / ERK, называемая 2i, также поддерживает плюрипотентность в культуре стволовых клеток. Человеческие ESC выращивают на фидерном слое эмбриональных фибробластов мыши и требуют присутствия основного фактора роста фибробластов (bFGF или FGF-2). Без оптимальных условий культивирования или генетических манипуляций эмбриональные стволовые клетки быстро дифференцируются.

Эмбриональная стволовая клетка человека также определяется экспрессией нескольких факторов транскрипции и белков клеточной поверхности. Факторы транскрипции Oct-4, Nanog и Sox2 образуют основную регуляторную сеть, которая обеспечивает подавление генов, ведущих к дифференцировке и поддержанию плюрипотентности. Антигенами клеточной поверхности, наиболее часто используемыми для идентификации hES-клеток, являются гликолипиды стадии специфических эмбриональных антигенов 3 и 4 и кератансульфатные антигены Tra-1-60 и Tra-1-81. Молекулярное определение стволовой клетки включает в себя гораздо больше белков и продолжает оставаться темой исследований.

Используя человеческие эмбриональные стволовые клетки для производства специализированных клеток, таких как нервные клетки или клетки сердца в лаборатории, ученые могут получить доступ к клеткам взрослого человека без взятия тканей у пациентов. Затем они могут подробно изучить эти специализированные взрослые клетки, чтобы попытаться распознать осложнения заболеваний или изучить реакции клеток на предлагаемые новые лекарства.

Из-за их совокупной способности неограниченного роста и плюрипотентности эмбриональные стволовые клетки остаются теоретически потенциальным источником регенеративной медицины и замены тканей после травм или болезней. Однако в настоящее время нет одобренных лечение с использованием ES-клеток. Первое испытание на людях было одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в январе 2009 года. Однако испытание на людях не было начато до 13 октября 2010 года в Атланте для исследования повреждений спинного мозга. 14 ноября 2011 года компания, проводившая исследование (Geron Corporation ), объявила, что прекращает дальнейшую разработку своих программ стволовых клеток. Дифференциация ES-клеток в пригодные для использования клетки при одновременном предотвращении отторжения трансплантата - это лишь некоторые из препятствий, с которыми все еще сталкиваются исследователи эмбриональных стволовых клеток. Эмбриональные стволовые клетки, будучи плюрипотентными, требуют специфических сигналов для правильной дифференцировки - при введении непосредственно в другое тело ES-клетки будут дифференцироваться во многие различные типы клеток, вызывая тератому. Этические соображения относительно использования тканей нерожденного человека - еще одна причина отсутствия одобренных методов лечения с использованием эмбриональных стволовых клеток. Многие страны в настоящее время имеют мораторий или ограничения на исследования ES-клеток человека или производство новых линий ES-клеток человека.

Мезенхимальные стволовые клетки

Мезенхимальные стволовые клетки (MSC) известны как мультипотентные, которые могут быть обнаружены во взрослых тканях, например, в мышцах, печени, костном мозге. Мезенхимальные стволовые клетки обычно функционируют как структурная опора в различных органах, как упоминалось выше, и контролируют движение веществ. МСК могут дифференцироваться на множество категорий клеток, как иллюстрация адипоцитов, остеоцитов и хондроцитов, происходящих из мезодермального слоя. Когда слой мезодермы обеспечивает увеличение скелетных элементов тела, например, хрящей или костей. Термин «мезо» означает средний, происходит от греческого слова «инфузия», означающий, что мезенхимные клетки способны перемещаться и перемещаться на раннем этапе эмбрионального роста между эктодермальным и энтодермальным слоями. Этот механизм помогает заполнять пространство, таким образом, ключ к заживлению ран у взрослых организмов, связанных с мезенхимальными клетками дермы (кожи), костей или мышц.

Известно, что мезенхимные стволовые клетки необходимы для регенеративная медицина. Они широко изучаются в клинических исследованиях. Поскольку они легко выделяются и получают высокий выход, высокую пластичность, что позволяет облегчить воспаление и стимулировать рост клеток, дифференцировку клеток и восстановление тканей, полученных в результате иммуномодуляции и иммуносупрессии. МСК поступают из костного мозга, что требует агрессивной процедуры, когда дело доходит до определения количества и качества выделенных клеток, и это зависит от возраста донора. При сравнении уровней МСК в аспиратах костного мозга и строме костного мозга, аспираты, как правило, имеют более низкие показатели МСК, чем строма. Известно, что МСК неоднородны и экспрессируют высокий уровень плюрипотентных маркеров по сравнению с другими типами стволовых клеток, такими как эмбриональные стволовые клетки.

Контроль клеточного цикла

Эмбриональные стволовые клетки ( ESCs) обладают способностью делиться бесконечно долго, сохраняя при этом свою плюрипотентность, что стало возможным благодаря специализированным механизмам контроля клеточного цикла. По сравнению с пролиферирующими соматическими клетками, ЭСК обладают уникальными характеристиками клеточного цикла, такими как быстрое деление клеток, вызванное укороченной фазой G1, отсутствием фазы G0 и модификациями в контрольные точки клеточного цикла - при которых клетки в основном находятся в S-фазе в любой момент времени. Быстрое деление ESC демонстрируется их коротким временем удвоения, которое колеблется от 8 до 10 часов, тогда как время удвоения соматических клеток составляет примерно 20 часов или больше. По мере дифференциации клеток эти свойства изменяются: фазы G1 и G2 удлиняются, что приводит к более длительным циклам деления клеток. Это говорит о том, что специфическая структура клеточного цикла может способствовать установлению плюрипотентности.

В частности, потому что фаза G1 - это фаза, в которой клетки имеют повышенную чувствительность к дифференцировке, укороченный G1 является одной из ключевых характеристик ESC и играет важную роль. важная роль в поддержании недифференцированного фенотипа. Хотя точный молекулярный механизм остается понятным лишь частично, несколько исследований показали, как быстро ЭСК проходят через G1 и, возможно, другие фазы.

Клеточный цикл регулируется сложной сетью из циклинов, циклин-зависимые киназы (Cdk), ингибиторы циклин-зависимых киназ (Cdkn), карманные белки семейства ретинобластомы (Rb) и другие дополнительные факторы. Основополагающее понимание отличительной регуляции клеточного цикла ESC было получено в исследованиях на мышиных ESCs (mESCs). mESCs показали клеточный цикл с сильно сокращенной фазой G1, что позволило клеткам быстро переключаться между фазой M и фазой S. В соматическом клеточном цикле осцилляторная активность комплексов циклин-Cdk наблюдается в последовательном действии, которое контролирует важнейшие регуляторы клеточного цикла для индукции однонаправленных переходов между фазами: Циклин D и Cdk4 / 6 активны в Фаза G1, тогда как циклин E и Cdk2 активны во времяпоздней фазы G1 и фазы S; и циклин A и Cdk2 активны в фазе S и G2, тогда как циклин B и Cdk1 активны в фазе G2 и M. Однако в mESCs эта типично упорядоченная и колебательная активность комплексов Циклин-Cdk отсутствует. Скорее, комплекс Cyclin E / Cdk2 является конститутивно активным на протяжении всего цикла, сохраняя белок ретинобластомы (pRb) гиперфосфорилированным и, таким образом, неактивным. Это обеспечивает прямой переход от фазы M к поздней фазе G1, что приводит к отсутствию циклинов D-и, следовательно, к укороченной фазе G1. Активность Cdk2 имеет решающее значение для регуляции клеточного цикла, так и для принятия решений о судьбе клеток в mESCs; Подавление активности Cdk2 продлевает прогрессирование фазы G1, устанавливает клеточный цикл, подобный соматическим клеткам, и индуцирует экспрессию маркеров дифференцировки.

Человеческих ESC (hESC) продолжительность G1 резко сокращается. Это приписывает высокий уровень мРНК G1-связанных генов Циклин D2 и Cdk4 и низкий уровеньм белков, регулирующих клеточный цикл, которые ингибируют развитие клеточного цикла в G1, таких как p21, p27 и p57. Кроме того, регуляторы активности Cdk4 и Cdk6, такие как члены семьи ингибиторов Ink (p15, p16, p18 и p19) экспрессируются на низких уровнях или не экспрессируются совсем. Таким образом, подобным образом, mESC, hESC, «при этом Cdk2» демонстрирует «высокую активность киназной активности». Также похожи mESC, hESC демонстрируют важность Cdk2 в регуляции фазы G1, форма, что переход G1 в S задерживается, когда активность Cdk2 ингибируется, и G1 останавливается, когда Cdk2 сбивается. Однако, отличие от мЭСК, чЭСК имеет функциональную фазу G1. ЧЭСК показывают, что активности комплексов Cyclin E / Cdk2 и Cyclin A / Cdk2 зависят от клеточного цикла, и контрольная точка Rb в G1 является функциональной.

ESC также характеризуются нефункциональностью контрольной точки G1, даже если Контрольная точка G1 имеет решающее значение для поддержания стабильности генома. В ответ на повреждение ДНК ESC не останавливаются в G1 для восстановления повреждений ДНК, а вместо этого зависят от контрольных точек S и G2 / M или подвергаются апоптозу. Отсутствие контрольной точки G1 в ESC позволяет удалять клетки с ошибочной ДНК, тем самым избегая ошибочной мутаций из-за неточной репарации ДНК. В соответствии с этой идеей, ЭСК сверхчувствительны к повреждению ДНК, чтобы минимизировать мутации, передаваемые следующему поколению.

Фетальный

Примитивные стволовые клетки, расположенные в органах плодов, которые называются фетальными стволовыми клетками.

Существует два типа фетальных стволовых клеток:

  1. Собственные стволовые клетки плода происходят из ткани самого плода и обычно получаются после аборта. Эти стволовые клетки не бессмертны, но высокий уровень деления и являются мультипотентными.
  2. Внеэмбриональные плодные стволовые клетки проходят из внеэмбриональных мембран и, как правило, не отличаются от взрослых стволовых клеток. Эти стволовые клетки приобретаются после рождения, они не имеют бессмертны, но имеют высокий уровень клеточного деления и плюрипотентны.

Взрослый

Деление и дифференциация стволовых клеток A: стволовые клетки; B: клетка-предшественник; C: дифференцированная клетка; 1: симметричное деление стволовых клеток; 2: асимметричное деление стволовых клеток; 3: предшественник; 4: терминальная дифференцировка

Взрослые стволовые клетки, также называемые соматическими (от греч. Σωματικóς, «тела») стволовыми клетками, включают стволовые клетки, которые содержат и восстанавливают ткань, в которой они находятся. Их можно найти как у детей, так и у взрослых.

, который требует извлечения путем забора, то есть просверливания кости (обычно бедра <3).

>или гребня подвздошной кости ).

  • Жировая ткань (жировые клетки), которая требует извлечения липосакцией.
  • Кровь, которая требует экстракции с помощью >крови берется африка. у донора (аналогично донорской крови) и проходит через машину, которая извлекает стволовые клетки и возвращает другие части крови донору.
  • Стволовые клетки могут быть взяты из пуповинной крови сразу после рождения.

    Плюрипотентные взрослые стволовые клетки редки и, как правило, малочисленны, но их аутологичный сбор представляет наименьший риск. можно строительство г в пуповинной крови и других тканях. Костный мозг - богатый источник взрослых стволовых клеток, которые используются для лечения состояний, включая цирроз печени, хроническую ишемию конечностей и сердечную недостаточность в конечной стадии. Количество стволовых клеток костного мозга снижается с возрастом и больше у мужчин, чем у женщин в репродуктивном возрасте. На сегодняшний день большое количество исследований стволовых клеток взрослых нацелено на их активность и способности к обновлению. Повреждения ДНК с возрастом накапливаются как в стволовых клетках, так и в клетках, составляющих среду стволовых клеток. Считается, что это накопление отвечает, по крайней мере, за увеличение дисфункций стволовых клеток с возрастом (см. теория старения с повреждением ДНК ).

    Большинство взрослых стволовых клеток ограничены по клонированию (мультипотентные ) и обычно обозначаются по их тканевому происхождению (мезенхимальные стволовые клетки, стволовые ткани, полученные из жировой ткани, эндотелиальные стволовые клетки, стволовые клетки пульпы зуба и т. д.) Клетки Muse (многолинейные дифференцирующие стрессоустойчивые клетки) представляют собой недавно обнаруженный тип плюрипотентных стволовых клеток, обнаруженный во многих тканях взрослого человека, включая жировую ткань, дермальные фибробласты и костный мозг. Хотя клетки Muse встречаются редко, их можно идентифицировать. по экспрессия ими SSEA-3, маркера недифференцированных стволовых клеток, и маркеров мезенхимальных стволовых клеток, таких как CD105. онной единичных клеток клетки генерируют кластеры, которые сходны с эмбриоидными тельцами по морфологии, а также по экспрессии генов, включая каноническую плюрипотентность клеток Oct4, Sox2 и Nanog.

    Лечение взрослыми стволовыми клетками в течение многих лет успешно использовалось для лечения лейкемии и родственного рака / крови посредством трансплантации костного мозга. стволовые клетки взрослых также используются в ветеринарной медицине для лечения сухожилий и связок травм у лошадей.

    Использование взрослых стволовых клеток в исследованиях и терапии не как противоречивого как использование эмбриональные стволовые клетки, поскольку для взрослого производства стволовых клеток не требуется разрушение эмбриона. Кроме того, в случаях, когда взрослые стволовые клетки получают от предполагаемого реципиента (аутотрансплантат ), риск отторжения практически отсутствует. Следовательно, правительство США выделяет больше средств на исследования стволовых клеток взрослых.

    В связи с растущим спросом на взрослые стволовые клетки человека как для исследовательских, так и для клинических целей (обычно требуется 1–5 миллионов клеток на 1 кг массы тела) в лечении) становится важным преодолеть разрыв между необходимостью увеличения количества клеток in vitro и использовать использовать факторы, лежащие в основе репликативного старения. Известно, что взрослые стволовые клетки ограничивают продолжительность жизни in vitro и почти не обнаруживают репликативного старения после начала культивирования in vitro.

    Амниотические

    Мультипотентные стволовые клетки также обнаруживаются в амниотической жидкости. Эти стволовые клетки очень активны, быстро разрастаются без питателей и не являются канцерогенными. Амниотические стволовые клетки являются мультипотентными и могут дифференцироваться в клетках адипогенной, остеогенной, миогенной, эндотелиальной, печеночной, а также нейрональной линий. Амниотические стволовые клетки - предмет активных исследований.

    Использование стволовых клеток из амниотической жидкости Многолечебные возражения против использования человеческих эмбрионов в качестве источника клеток. Римско-католическое учение запрещает использование эмбриональных клеток в экспериментах; соответственно, Ватиканская газета «Osservatore Romano » назвала амниотические стволовые клетки «будущим медицины».

    Можно собирать амниотические стволовые клетки для доноров или аутологическое использование: первый банк амниотических стволовых клеток в США был открыт в 2009 году в Медфорде, Массачусетс, корпорацией Biocell Center и сотрудничает с различными больницами и университетами по всему миру.

    Индуцированная плюрипотентность

    Активность взрослых стволовых клеток ограничена; в отличие от эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), они не способны дифференцироваться в клетки всех трех зародышевых листков. По существу, они считаются мультипотентными.

    . Однако перепрограммирование позволяет создать плюрипотентные клетки, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) из взрослых клеток. Это не взрослые стволовые клетки, соматические клетки (например, эпителиальные клетки), перепрограммированные для образования клетки с плюрипотентными способностями. Используя генетическое репрограммирование с белком факторами транскрипции, были получены плюрипотентные стволовые клетки с ESC-подобными возможностями. Первая демонстрация индуцированных плюрипотентных стволовых клеток была проведена Шинья Яманака и его коллегами из Университета Киото. Они использовали факторы транскрипции Oct3 / 4, Sox2, c-Myc и Klf4 для репрограммирования клеток фибробластов мыши в плюрипотентные клетки. Работы эти факторы используются для индукции плюрипотентности фибробластных клеток человека. Юниинг Ю, Джеймс Томсон и их коллеги из Университета Висконсина-Мэдисона использовали другой набор факторов Oct4, Sox2, Nanog и Lin28 и провели свои эксперименты с использованием клеток край плоти человека. Однако они смогли повторить открытие Яманака о возможности индукции плюрипотентности в человеческих клетках.

    Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки отличаются от эмбриональных стволовых клеток. У них много схожих свойств, таких как плюрипотентность и возможности дифференцировки, экспрессия генов плюрипотентности, эпигенетические паттерны, эмбриоидное тело и образование тератомы и образование жизнеспособной химеры, но есть много различий в этих свойствах. Хроматин ИПСК, по-видимому, более «закрытый» или метилированный, чем хроматин ЭСК. Точно так же паттерн экспрессии генов между ESC и iPSC, или даже iPSC, происходящий из разного происхождения. Таким образом, возникают вопросы о «полноте» репрограммирования и соматической памяти индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Несмотря на это, индукция плюрипотентности соматических клеток представляется жизнеспособной.

    В результате успеха этих экспериментов Ян Уилмут, который помог создать первое клонированное животное Овечка Долли, объявил, что он бросит Перенос ядра соматических клеток как направление исследований.

    IPSC значительно помогли области медицины, найдя многочисленные способы лечения болезней. Поскольку человеческий IPSCc дал преимущество в создании моделей vitro для изучения токсинов и патогенеза.

    Кроме того, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки обеспечивают несколько терапевтических преимуществ. Как и ESC, они плюрипотентны. Таким образом, у них есть большой потенциал дифференциации; теоретически они могли производить любую клетку в человеческом теле (если перепрограммирование на плюрипотентность было «полным»). Более того, в отличие от ESC, они потенциально могут позволить врачам создать линию плюрипотентных стволовых клеток для каждого отдельного пациента. Замороженные образцы крови можно использовать как ценный источник индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Стволовые клетки, специфичные для пациента, позволяют выявить побочные эффекты перед медикаментозным лечением, а также снизить риск отторжения трансплантации. Несмотря на их ограниченное терапевтическое использование в настоящее время, ИПСК создают потенциал для будущего использования в лечении и исследованиях.

    Контроль клеточного цикла

    Ключевые факторы, контролирующие клеточный цикл, также регулируют плюрипотентность. Таким образом, манипулирование соответствующими генами может поддерживать плюрипотентность и перепрограммировать соматические клетки до индуцированного плюрипотентного состояния. Однако репрограммирование соматических клеток часто имеет низкую эффективность и считается стохастическим.

    . С идеей, что более быстрый клеточный цикл является ключевым компонентом плюрипотентности, эффективность репрограммирования может быть повышена. Способы улучшения плюрипотентности посредством манипуляции с регуляторами клеточного цикла включают: сверхэкспрессию циклина D / Cdk4, фосфорилирование Sox2 по S39 и S253, сверхэкспрессию циклина А и циклина E, нокдаун Rb и нокдаун членов семейство Cip / Kip или семейство Ink. Более того, эффективность репрограммирования коррелирует с числом клеточных делений, произошедших во время стохастической фазы, о чем свидетельствует растущая неэффективность перепрограммирования старых или медленно ныряющих клеток.

    Происхождение

    Происхождение - это важная процедура для анализа развивающихся эмбрионов. Поскольку клеточные линии показывают взаимосвязь между клетками при каждом делении. Это помогает анализировать клоны стволовых клеток на этом пути, что помогает распознать эффективность стволовых клеток, продолжительность жизни и другие факторы. С помощью метода клеточной линии мутантные гены могут быть проанализированы в клонах стволовых клеток, которые могут помочь в генетических путях. Эти пути могут регулировать работу стволовых клеток

    Для обеспечения самообновления стволовые клетки подвергаются двум типам деления (см. Диаграмму деления и дифференцировки стволовых клеток). Симметричное деление дает две идентичные дочерние клетки, обе наделенные свойствами стволовых клеток. Асимметричное деление, с другой стороны, дает только одну стволовую клетку и клетку-предшественницу с ограниченным потенциалом самообновления. Предшественники могут пройти несколько раундов клеточного деления, прежде чем окончательно дифференцироваться в зрелую клетку. Возможно, что молекулярное различие между симметричным и асимметричным делением заключается в дифференциальной сегрегации белков клеточной мембраны (таких как рецепторы ) между дочерними клетками.

    Альтернативная теория заключается в том, что стволовые клетки остаются недифференцированные из-за факторов окружающей среды в их конкретной нише. Стволовые клетки дифференцируются, когда они покидают эту нишу или больше не получают эти сигналы. Исследования на Drosophila germarium выявили сигналы декапентаплегических и спаек, которые препятствуют дифференцировке стволовых клеток гермария.

    Терапия

    Терапия стволовыми клетками - это использование стволовых клеток для лечения или предотвращение заболеваний или состояний. Трансплантация костного мозга - это форма терапии стволовыми клетками, которая использовалась в течение многих лет, поскольку доказала свою эффективность в клинических испытаниях.

    Имплантация стволовых клеток может помочь в укреплении левых сил. желудочка сердца, а также сохранение сердечной ткани для пациентов, перенесших сердечные приступы в прошлом.

    Преимущества

    Лечение стволовыми клетками может снизить симптомы заболеваний или состояний, которое лечится. Снижение симптомов может вызвать пациентам снизить потребление лекарств от болезни или состояния. Лечение стволовыми клетками также может предоставить обществу знания для дальнейшего изучения стволовых клеток и лечения.

    Недостатки

    Лечение стволовыми клетками может потребовать иммуносупрессии из-за облучения перед трансплантат для удаления предыдущих клеток человека или потому, что иммунная система пациента может нацеливаться на стволовые клетки. Один из способов избежать второй возможности - использовать стволовые клетки того же пациента, которого лечат.

    Плюрипотентность в некоторых стволовых клетках также может затруднять получение определенного типа клеток. Кроме того, клетки популяции дифференцируются, улучшаются новые клетки. Недифференцированные клетки могут создавать ткани, отличные от желаемых типов.

    Некоторые стволовые клетки образуют опухоли после трансплантации; плюрипотентность связана с образованием клеточных опухолей, особенно в эмбриональных стволовых, собственных стволовых плодах, индуцированных плюрипотентных стволовых клетках. Собственно стволовые клетки плода образуют опухоли, несмотря на мультипотентность.

    Туризм стволовых клеток

    Туризм стволовых клеток - это Интернет-индустрия, в которой процедуры со стволовыми клетками рекламируются как проверенное лекарство, в большинстве случаев пациенты и их семьи выезжают за процедуры для получения процедур. одобренных FDA, которые не доказаны, являются частными клинических испытаний. Эти процедуры не прошли проверку клинических исследований и не строгой научной поддержки. Хотя для широкой публики эта реклама может показаться авторитетной, для переводчиков и ученых это приводит к эксплуатации уязвимых пациентов. Этим процедурам не хватает воспроизводимости, необходимой строгости. Хотя этот термин может означать путешествия на большие расстояния, в последние годы в США произошел взрывной рост «клиник стволовых клеток», что хорошо задокументировано. Эти виды деятельности очень прибыльны для клиники, но не приносят пользы пациентам, иногда испытывающим затруднения. такие сообщения, как опухоли позвоночника, смерть или финансовое разорение, все из задокументированных в научной литературе. Большой интерес вызывает просвещение общественности и пациентов, семей и врачей, которые имеют дело с пациентами, обращающимися в клиники стволовых клеток.

    Несмотря на большой интерес общественности к использованию стволовых клеток, среди всех ученых стволовых клеток, включая Международное общество исследований стволовых клеток, большую академическую организацию ученых и сторонников исследований стволовых клеток в мире. Терапия стволовыми клетками все еще находится в стадии разработки, и, хотя во всем мире проводится большое количество исследований. Строгие испытания стволовых клеток все еще продолжаются, и пациенты должны быть обучены, чтобы знать о неэтичных клиниках в США или за рубежом, которые предлагают процедуры стволовыми клетками в качестве лекарства, когда это все еще расследуется.

    Исследования

    Некоторые из фундаментальных патентов, касающихся человеческих эмбриональных стволовых клеток, принадлежат Исследовательскому фонду выпускников Висконсина (WARF) - они являются патентами 5,843,780, 6,200,806 и 7,029,913 изобретены Джеймсом А. Томсоном. WARF не применяет эти патенты к академическим ученым, но применяет их к компаниям.

    В 2006 году поступил запрос в Бюро по патентам и товарным знакам США (USPTO) с просьбой пересмотреть эти три патента. Патенты были поданы Общественным патентным фондом от имени своего клиента, некоммерческой группы по наблюдению за патентами Consumer Watchdog (ранее - Фонд по защите прав налогоплательщиков и потребителей). В процессе повторной экспертизы, который включает в себя несколько раундов обсуждения между ВПТЗ США и сторонами, ВПТЗ США первоначально согласовало с Consumer Watchdog и отклонило все претензии во всех трех патентах, однако в ответ WARF внесло поправки в формулы всех трех патентов на сделать их более узкими, и в 2008 году ВПТЗ США обнаружило, что измененные формулы во всех трех патентах являются патентоспособными. Решение по одному из патентов (7 029 913) может быть обжаловано, а по двум другим - нет. Consumer Watchdog подала апелляцию на выдачу патента '913 в Совет по патентным апелляциям и вмешательствам USPTO (BPAI), который удовлетворил апелляцию, и в 2010 году BPAI решило, что измененные формулы патента' 913 не подлежат патентованию. Тем не менее, WARF смог возобновить судебное преследование по делу и сделал это, снова изменив требования патента 913, чтобы сделать их более узкими, и в январе 2013 года измененные требования были разрешены.

    В июле В 2013 году Consumer Watchdog объявила, что подаст апелляцию на решение удовлетворить требования патента '913 в Апелляционном суде США Федерального округа (CAFC), федеральном апелляционном суде, который рассматривает патентные дела. На слушании в декабре 2013 года CAFC поднял вопрос о том, имеет ли Consumer Watchdog юридическое право для подачи апелляции; дело не могло продолжаться до тех пор, пока эта проблема не была решена.

    Расследования

    Заболевания и состояния, при которых исследуется лечение стволовыми клетками.

    Заболевания и состояния, при которых исследуется лечение стволовыми клетками, включают:

    В настоящее время ведутся исследования по разработке различных источников стволовых клеток и применению лечения стволовыми клетками для нейродегенеративных заболеваний и состояний., диабет, болезнь сердца и другие состояния. Также ведутся исследования по созданию органоидов с использованием стволовых клеток, которые позволят глубже понять человеческое развитие, органогенез и моделирование заболеваний человека.

    В более поздних версиях. лет, благодаря способности ученых выделять и культивировать эмбриональные стволовые клетки, а также растущей способности ученых создавать стволовые клетки с помощью переноса ядра соматических клеток и методов создания индуцированных плюрипотентные стволовые клетки, закрались споры, связанные как с политикой абортов, так и с клонированием человека.

    Гепатотоксичность и повреждение печени, вызванное лекарствами, являются причиной значительного количества неудач новых лекарств, находящихся в разработке и снятых с рынка, что подчеркивает необходимость скрининговых анализов, таких как полученные из стволовых клеток гепатоцитоподобные клетки, которые способны обнаруживать токсичность на ранних этапах разработки лекарств.

    См. Также

    Ссылки

    Дополнительная литература

    Внешние ссылки

    На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с стволовыми клетками.
    Последняя правка сделана 2021-06-09 10:51:51
    Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
    Обратная связь: support@alphapedia.ru
    Соглашение
    О проекте