Стволовые клетки и их применение. Применение стволовых клеток в медицине

В наши дни получила широкое распространение методика пересадки стволовых клеток с целью лечения серьезных патологий. В частности, незрелые гемопоэтические клетки используются для восстановления кроветворной функции у пациентов с лейкозом и лимфомами. Первая успешная трансплантация была осуществлена еще в 1988 году. Ребенку, страдающему анемией, были введены клетки, взятые из пуповинной крови, и это позволило добиться полного исцеления.

Стволовые клетки – это незрелые клетки, которые обладают способностью к самообновлению, а также дифференциации. Суть самообновления заключается в том, что после митотического деления данные клетки сохраняют свой фенотип, т. е. дифференцировки не происходит. Дифференциация - это трансформация в специфические клетки самых разных тканей и органов.

Стволовые клетки характеризуются удивительной способностью к асимметричному делению, после которого одна из новых клеток остается стволовой, а другая становится дифференцированной.

Обратите внимание: развитие организма начинается с одной стволовой клетки – зиготы. В ходе многократного деления и дифференциации формируются все остальные типы клеток, характерные для конкретного биологического вида. В частности, у человека и приматов насчитывается более 220 типов клеток.

Стволовые клетки являются универсальным «строительным материалом» для тканей организма. Они содержат всю генетическую информацию. Благодаря незрелым клеточным элементам в организме осуществляются процессы регенерации. По мере старения количество недифференцированных клеток неуклонно снижается. Если у плода (эмбриона) имеется 1 стволовая клетка на каждые 10 тысяч дифференцированных, то к 60 годам соотношение многократно меняется, падая до 1 к 8 миллионам. Именно по этой причине поврежденные ткани значительно медленнее регенерируют у пожилых пациентов.

Обратите внимание: для сохранения такого уникального биологического материала, как кровь из пуповины, в ряде государств созданы специальные банки. Результаты многолетних исследований позволяют предполагать, что уже в скором времени универсальные незрелые клетки помогут справиться с тяжелейшими патологиями, которые сейчас не лечатся ни медикаментозно, ни хирургически.

Важно: лучшим источником для получения стволовых клеток служит кровь, полученная из пуповины сразу после появления ребенка на свет. Данные клетки также присутствуют в плаценте и эмбриональных тканях. У взрослого человека такие клеточные элементы есть в костном мозге.

К настоящему моменту времени исследователям удалось выделить следующие виды стволовых клеток:

• гемопоэтические;
• эндотелиальные;
• нервные;
• стволовые клетки миокарда;
• кожные;
• мезенхимные;
• мышечные;
• клетки кишечника;
• эмбриональные.

Очень большое количество незрелых клеток можно получить из крови, взятой из пупочной вены. Уникальный биоматериал сохраняется в специальном банке при температуре -196 °C (в жидком азоте). Он может быть использован при необходимости восстановления практически всех вдов тканей человеческого организма. Банки заключают с родственниками родившегося ребенка договор о хранении биодепозита в течение 18-20 лет. Все это время материал сохраняет полную активность.

Обратите внимание: в плаценте недифференцированных клеток на порядок больше, чем в пуповинной крови. Однако для хранения биологического материала такого рода требуются особые условия, что связано с огромными материальными затратами.

Гемопоэтические клетки из пуповинной крови, имеют следующие преимущества:

• материал получают легко и совершенно безболезненно;
• биоматериал инфекционно безопасен;
• трансплантация возможна в любое время;
• клетки подходят для пересадки близким родственникам (идеальная биологическая совместимость);
• возможна трансплантация другим пациентам (при условии отсутствия конфликта по антигенам).

Важно: применение данного биологического материала, равно как и его утилизация не приводят к возникновению проблем этического и юридического характера.

Источником стволовых клеток у взрослого человека служит красный костный мозг. Стромальные элементы получают посредством пункции. В специальной лаборатории из них выращивают целые колонии, которые затем трансплантируют пациенту. Попав в организм, они мигрируют в зону поражения, где заменяют погибшие высокодифференцированные элементы.

Важно: стволовые клетки у взрослых характеризуются относительно низкой функциональной активностью, если сравнивать их с эмбриональным материалом. К тому же, стромальные клетки можно трансплантировать только самому человеку, из костного мозга которого они получены; в противном случае практически неизбежно развивается реакция отторжения.

НСК обнаружены в отдельных участках головного мозга еще созревающего или уже окончательно сформировавшегося организма. Они характеризуются высокой способностью к трансформации в другие клетки и могут культивироваться в лабораторных условиях. Однако для лечения они в настоящий момент времени не используются. Для их получения необходимо разрушение мозга, поэтому об аутотрансплантации речь идти не может. В настоящее время изучается возможность использования тканей реципиента, но это может быть связано с этическими проблемами.

Уникальные стволовые клетки, которые обладают способностью к трансформации в кардиомиоциты, были обнаружены в конце прошлого столетия. Лечение человека с их помощью пока невозможно, поскольку для получения материала требуется разрушение миокарда, а возможность использования клеток реципиента только изучается.

Клетки кожи

Данную разновидность стволовых клеток получают из кожи эмбриона или уже взрослого человека. Такой биологический материал уже успешно применяется в специализированных центрах для лечения больных с обширными ожоговыми поражениями.

Мезенхимные стволовые клетки берут из костномозговой стромы. Они также обнаружены в крови, полученной из пуповины. Лечение посредством трансплантации МСК считается очень перспективным. Материал может быть получен от самого пациента; культивирование осуществляется в лабораторных условиях на питательных средах. После пересадки эти клетки превращаются в элементы различных тканей и органов. При необходимости материал замораживают и хранят в течение продолжительного времени. Несомненным достоинством лечения с помощью мезенхимных клеток является отсутствие осложнений в виде развития злокачественных новообразований. Минусом данной методики можно считать только необходимость строгого инфекционного контроля.

Источником материала являются ткани поперечнополосатой мускулатуры. Данные элементы обладают способностью к превращению в нервные, и жировые клетки, а также в хондроциты и миоциты. Установлено, что они представляют собой отдельную популяциею мезенхимных клеток, следовательно могут быть получены из пуповинной крови или собственного костного мозга пациента.

Клетки из абортивного материала

Так называемые фетальные клетки выделяют из абортивного материала при искусственном прерывании беременности на сроке от 9 до 12 недель. Использование этого источника связано со множеством технических проблем, не говоря уже об этической стороне вопроса.

Основные недостатки методики лечения эмбриональными стволовыми клетками:

• высокий риск отторжения при пересадке материала;
• наличие риска и заражения другими заболеваниями инфекционного генеза;
• юридические проблемы.

Источником ЭСК является материал зародыша, взятый на первой неделе внутриутробного развития.

Достоинства эмбриональных стволовых клеток:

• способность к трансформации в самые разнообразные клетки;
• минимальная вероятность отторжения культур.

К числу недостатков относятся:

• наличие риска появления доброкачественных новообразований;
• этические проблемы;
• юридические препятствия.

Важно: в РФ применение ЭСК сейчас запрещено приказом Минздрава РФ. Использование данного биологического материала расценивается противниками методики как посягательство на жизнь еще не рожденного ребенка.

К настоящему времени в разных странах уже осуществлены десятки тысяч удачных пересадок пациентам различных возрастов.
Трансплантация культур стволовых клеток признана весьма эффективной методикой лечения последствий травм голвного и спинного мозга, обширных ожогов, инсультов и инфарктов. Клеточная терапия позволяет вылечить ребенка, страдающего серьезной патологией крови.

Обратите внимание: сейчас 75% больных, остро нуждающихся трансплантации органов, погибают, не дождавшись своей очереди на пересадку. Ученые полагают, что клеточная терапия уже в недалеком будущем даст им шанс на излечение.

Пересадка стволовых клеток эффективна при лечении следующих патологий:

• иммунодефицитные состояния;
• резистентный ювенильный артрит;
• лейкемия;
• неходжкинская лимфома;
• анемия Фанкони;
• талассемия;
• идиопатическая апластическая анемия;
• амегакариоцитарная тромбоцитопения;
• коллагенозы;
• миелодиспластический синдром;
• нейробластома.

Введение стволовых клеток способствует восстановлению и улучшению состояния кожных покровов.

Важно: пациентам, которые хотят пройти курс омолаживающих процедур с применением стволовых клеток, рекомендуется пользоваться только услугами хорошо зарекомендовавших себя косметологических центров. На рынке появилось огромное количество поддельных препаратов, которые могут нанести непоправимый вред здоровью. Уже известны случаи гибели пациентов вследствие развившихся после процедур онкологических заболеваний.

Косметические проблемы, которые можно устранить посредством клеточной терапии:

• рубцы на коже;
• морщины;
• следы от химических ожогов;
• последствия лазеротерапии.

Обратите внимание: мезотерапия с введением препаратов, содержащих культуры стволовых клеток дает возможность значительно улучшить тонус кожных покровов и способствует росту здоровых волос и ногтей.

На курс лечения требуется введение 100 миллионов недифференцированных клеток. Стоимость курсовой терапии составляет около 300 тысяч рублей, что обусловлено техническими сложностями при культивировании материала для трансплантации.

Сеанс мезотерапии в косметологическом центре обходится гораздо дешевле (в среднем - порядка 20 тыс. рублей), но для достижения заметного и стойкого эффекта требуется от 5 до 10 процедур, поэтому их общая стоимость вполне сопоставима со стоимостью лечения серьезного заболевания.

Человеческий организм содержит примерно 50 миллиардов стволовых клеток, которые регулярно обновляются. С годами количество таких живых «кирпичиков» сокращается -- для них находится всё больше работы, а заменить их некому. Как видно из графика, у новорожденного ребенка СК в большом количестве 1х10 000, а угасать они начинают уже в подростковом возрасте 1х100 000, на графике мы видим очень резкий перепад, а в 80 лет их остается совсем чуть-чуть 1х2000 000. Более того, стволовые клетки немолодого индивидуума уже не так универсальны -- в клетки крови они превратиться еще могут, а в нервные -- уже не в силах.

Заменить ветхие клетки организма, чтобы продолжить активную жизнь, помогает искусственное внесение стволовых клеток в организм. Уже сегодня ученые могут получать стволовые клетки, культивировать и направлять их по «нужному пути». Достижения в области клеточной медицины делают возможности терапевтического использования стволовых клеток практически безграничными. Появилась реальная надежда на излечение огромного количества самых разнообразных заболеваний.

Какие же источники стволовых клеток используются в этих целях сегодня? «Спасение утопающих -- дело рук самих утопающих», поэтому человек может стать донором стволовых клеток для себя самого. Наибольшее их количество находиться в костном мозге таза. Стромальные стволовые клетки извлекаются оттуда при помощи пункции. Затем, в лабораторных условиях особым образом их мобилизируют, наращивают и вводят обратно в организм, где при участии специальных сигнальных веществ, они направляются к «больному месту». Следует отметить, что даже из одной единственной стромальной клетки можно вырастить колонии. И уж совсем невероятная метаморфоза -- стромальные стволовые клетки могут настолько «забыть» о своем костном мозговом происхождении, что под влиянием определенных факторов превращаются в нервные клетки или клетки сердечной мышцы.

Рисунок 1

Как показано на графике, с каждым днем стромальные клетки все больше меняют свою специализацию и уже через 2 недели после добавления специального сигнального вещества в культуру стромальных клеток, они уже на 80% состоят из нейронов. 90% стромальных клеток, введенных в зону инфаркта, полностью перерождаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая функции миокарда практически полностью. Однако стромальные клетки взрослого организма обладают ограниченной функциональностью, то есть их возможная тканевая специализация в той или иной степени лимитирована. Помимо этого все стволовые клетки взрослого человека каталогизированы и снабжены специальным штампиком: «моё». Так что донорство в этой области чревато возникновением противостояния, называемого «трансплантат -- против хозяина».

Вторым источником стволовых клеток является пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь из пуповины ребенка и поместив в криобанк, стволовые клетки в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любой ткани и органа этого индивидуума. Возможно также использовать эти стволовые клетки для лечения других пациентов при условии их совместимости по антигенам. Американские ученые получили стволовые клетки из человеческой плаценты (там, их количество в 10 раз больше, чем в пуповинной крови), которые способны преобразовываться в кожные, кровяные, мышечные и нервные клетки. Однако, создание хранилища для пуповинной крови и плацентарного материала -- занятие дорогостоящее. В мире всего насчитывается более двухсот криобанков. Большинство таких, конечно же, находится в США и Канаде. На втором месте - Европа. Есть подобные хранилища в Австралии, Израиле, Японии, Сингапуре, Тайвани, ЮАР, Бразилии, а также в странах СНГ. В России сейчас насчитывается 11 учреждений. В Украине - четыре.

Рисунок 2

Источником другого вида стволовых клеток -- фетальных стволовых клеток, является абортивный материал 9--12 недели беременности. Этот источник на сегодняшний день используется наиболее часто. Но как видно на графике, в России число абортов с каждым годом уменьшается, из этого можно сделать вывод, что скоро этот источник скорее всего изживет себя. Помимо этических и юридических трений, фетальные клетки иногда могут вызвать отторжение трансплантата. Кроме того, использование непроверенного абортивного материала чревато заражением пациента вирусным гепатитом, СПИДом и т.д. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что, в конечном итоге, приводит к росту стоимости самого лечения.

Рисунок 3

Источником стволовых клеток может быть слизистая оболочка носоглотки. В ней преобладают частично специализировавшиеся стволовые клетки, способные превращаться в клетки нервной ткани -- нейроны и клетки глии. Эти клетки пригодны для лечения заболеваний головного и спинного мозга. Однако, применяемость этих клеток для замены иных, чем нервные, требует дальнейших исследований. Помимо этого, выделение и хранение данного материала достаточно трудоемки.

Мезенхимальные стволовые клетки содержатся в жировой, хрящевой, мышечной тканях. В настоящее время весьма перспективным является выделение этих клеток из жировой ткани, полученной при липосакции.

И, наконец, еще одним источником стволовых клеток является бластоциста, которая формируется к 5--6 дню оплодотворения. Это эмбриональные стволовые клетки. Они наиболее универсальны, по сравнению со стволовыми клетками взрослых людей, и способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток организма. Положительной стороной использования этих универсальных стволовых клеток следует считать тот факт, что в них отсутствует штампик «моё»: клетки как бы никому не принадлежат и не выполняют никаких специальных функций, а потому при введении не возникает реакция отторжения. Даже, если эмбриональные стволовые клетки взяты от другого организма, они не отторгаются, поскольку на их поверхности еще нет антигенов гистосовместимости.

Стволовые - это недифференцированные клетки, которые в качестве «запаса стратегического назначения» присутствуют в организме человека на любом из этапов его жизни. Особенностю является их неограниченная способность к делению и способность давать начало любым видам специализированных клеток человека.

Благодаря их наличию происходит постепенное клеточное обновление всех органов и тканей организма и восстановление органов и тканей после повреждения.

История открытия и исследования

Первым доказал существование стволовых клеток русский ученый Александр Анисимов. Это случилось в далеком 1909 году. Их практическое применение заинтересовало ученых намного позже, примерно в 1950 году. И только в 1970 году были впервые пересажены стволовые клетки больным с лейкозом, а данный метод лечения стал применяться во всем мире.

Примерно с этого времени изучение стволовых клеток было выделено в отдельное направление, начали появляться отдельные лаборатории и даже целые НИИ, разрабатывающие способы лечения при помощи клеток-предшественников. В 2003 году появилась первая российская биотехнологическая компания под названием «Институт стволовых клеток человека», которая на сегодняшний день является крупнейшим хранилищем образцов стволовых клеток, а также продвигает на рынке собственные инновационные лекарственные препараты и высокотехнологичные услуги.

На данном этапе развития медицины ученым удалось получить из стволовой клетки яйцеклетку, что в будущем позволит бесплодным парам иметь собственных детей.

Видео: Успешные биотехнологии

Где находятся клетки-предшественники

Стволовые клетки можно встретить практически в любой части человеческого тела. Они в обязательном порядке присутствуют в любой из тканей организма. Максимальное их количество у взрослого содержится в красном костном мозге, чуть меньше в периферической крови, жировой ткани, коже.

Чем более юным является организм, тем больше их он содержит, тем более эти клетки активные в плане скорости деления, и тем шире диапазон специализированных клеток, которым каждая клетка-предшественница может дать жизнь.

Откуда берут материал

• Эмбриональные.

Наиболее «лакомыми» для исследователей являются стволовые клетки эмбрионов, так как чем меньше прожил организм, тем более пластичными и биологически активными являются клетки-предшественники.

Но если клетки животных исследователям получить не проблема, то любые опыты с использованием человеческих эмбрионов признаны неэтичными.

Это даже при том, что по статистике примерно каждая вторая беременность в современном мире заканчивается абортом.

• Из пуповинной крови.

Доступными в плане морали и законодательных решений ряда стран являются стволовые клетки пуповинной крови, самой пуповины и плаценты.

В настоящее время создаются целые банки стволовых клеток, выделенных из пуповинной крови, которые впоследствии можно будет использовать для лечения целого ряда заболеваний и последствий травм тела. На коммерческой основе именной «депозит» для своего ребенка предлагают сделать родителям многочисленные частные банки. Одним из аргументов против того, чтобы собирать и замораживать пуповинную кровь, является их ограниченное количество, которое можно получить таким путем.

Считается, что для восстановления кроветворения после химио- или радиотерапии собственных размороженных стволовых клеток будет достаточно только ребенку до определенного возраста и массы тела (до 50 кг).

Но не всегда нужно восстанавливать такое большое количество тканей. Для восстановления, например, того же хряща коленного сустава достаточно будет только малой части сохраненных клеток.

То же касается восстановления клеток поврежденной поджелудочной железы или печени. А так как стволовые клетки из одной порции пуповинной крови перед замораживанием разделяют на несколько криопробирок, то всегда можно будет использовать небольшую часть материала.

• Получение стволовых клеток от взрослого человека.

Не всем посчастливилось получить от родителей свой «неприкосновенный запас» стволовых клеток из пуповинной крови. Потому на данном этапе разрабатываются способы их получения от взрослых людей.

Основными тканями, которые могут служить источниками, являются:

• жировая ткань (взятая во время липосакции, например);
• периферическая кровь, которую можно взять из вены);
• красный костный мозг.

Стволовые клетки взрослых, полученные из разных источников, могут иметь некоторые отличия, связанные с потерей клетками универсальности. Так, например, клетки крови и красного костного мозга могут давать начало преимущественно клеткам крови. Они называются гемопоэтическими.

А стволовые клетки из жировой ткани намного легче дифференцируются (перерождаются) в специализированные клетки органов и тканей тела (хрящей, костей, мышц и проч.). Они получили название мезенхимальные.

В зависимости от маштабности задачи, которая стоит перед учеными, им может потребоваться разное количество таких клеток. Так, например, сейчас разрабатывают способы выращивания из них зубов, полученных из мочи. Их там не так уж и много.

Но учитывая тот факт, что зуб нужно вырастить лишь однажды, а срок службы его значительный, то и стволовых клеток на него нужно немного.

Видео: Покровский Банк Стволовых Клеток

Банки хранения биологического материала

Для хранения образцов создаются специальные банки. В зависимости от цели хранения материала они могут быть государственными. Их еще называют банками-регистраторами. Регистраторы хранят стволовые клетки безымянных доноров и могут на свое усмотрение предоставлять материал любым лечебным или исследовательским учреждениям.

Также есть коммерческие банки, которые зарабатывают деньги на хранении образцов от конкретных доноров. Использовать их могут только их владельцы для лечения себя или близких родственников.

Если говорить о востребованности образцов, то статистика здесь следующая:

• в банках-регистраторах бывает востребован каждый тысячный образец;
• материал, хранящийся в частных банках, бывает востребован еще реже.

Тем не менее, хранить именной образец в частном банке имеет смысл. Причин для этого несколько:

• донорские образцы стоят денег, порой немалых, и сумма, требуемая для покупки образца и доставки его в нужную клинику, зачастую во много раз превосходит стоимость хранения собственного образца в течение нескольких десятилетий;
• именной образец можно использовать для лечения кровных родственников;
• можно полагать, что в будущем восстанавливать органы и ткани с использованием стволовых клеток будут намного чаще, чем это происходит в наше время, потому и спрос на них будет только расти.

Применение в медицине

Фактически единственное уже изученное направление их использования – это пересадка костного мозга как этап лечения лейкозов и лимфом. Некоторые исследования по реконструкции органов и тканей при помощи стволовых клеток уже достигли этапа проведения экспериментов на людях, но о массовом внедрении в практику врачей речь пока не идет.

Для получения новых тканей из стволовых клеток обычно необходимо выполнить следующие манипуляции:

• забор материала;
• выделение стволовых клеток;
• выращивание стволовых клеток на питательных субстратах;
• создание условий для превращения стволовых клеток в специализированные;
• снижение рисков, связанных с возможностью злокачественного перерождения клеток, полученных из стволовых;
• трансплантация.

Выделяют стволовые клетки из взятых для проведения эксперимента тканей при помощи специальных приборов, которые называются сепараторами. Существуют также и различные методики осаждения стволовых клеток, но результативность их во многом определяется квалификацией и опытом персонала, а также существует риск бактериального или грибкового заражения образца.

Полученные стволовые клетки помещают в специально подготовленную среду, которая содержит лимфу или сыворотку крови новорожденных телят. На питательном субстрате они многократно делятся, их количество увеличивается в несколько тысяч раз. Перед тем, как вводить в организм, ученые направляют их дифференцировку в определенную сторону, например, получают нервные клетки, клетки печени или поджелудочной железы, хрящевую пластинку и др.

Именно на этом этапе есть опасность их перерождения в опухолевые. Чтобы этого не допустить, разрабатываются специальные методики, снижающие вероятность ракового перерождения клеток.

Методы введения клеток в организм:

• введение клеток в ткани непосредственно в том месте, где была травма или ткани были повреждены в результате патологического процесса (болезни): введение стволовых в область кровоизлияния в головной мозг или в место повреждения периферических нервов;
• введение клеток в кровяное русло: так вводят стволовые клетки при лечении лейкозов.

За и против использования стволовых клеток с целью омоложения

Изучение и использование в СМИ все чаще называют способом достичь бессмертия или по крайней мере долголетия. Уже в далеких 70-х годах стволовые клетки в качестве омолаживающего средства вводили престарелым членам Политбюро КПСС.

Теперь же, когда появилось некоторое количество частных исследовательских биотехнологических центров, некоторые исследователи стали проводить омолаживающие инъекции стволовых клеток, взятых до этого у самого пациента.

Стоит такая процедура достаточно дорого, а вот результат ее никто гарантировать не может. Соглашаясь, клиент должен осознавать, что он участвует в эксперименте, так как многие аспекты их использования еще не изучены.

Видео: Что могут Стволовые клетки

Наиболее распространенными видами процедур являются:

• введение стволовых клеток в дерму (процедура чем-то напоминает биоревитализацию);
• заполнение кожных дефектов, добавление объема тканям (это уже больше похоже на использование филлеров).

Во втором случае используется собственная жировая ткань пациента и его стволовые клетки в смеси со стабилизированной гиалуроновой кислотой. Опыты на животных показали, что такой коктейль позволяет большему количеству жировой ткани прижиться и длительно сохранять объем.

Проводились первые эксперименты на людях, которым по данной методике удалялись морщины и проводилось увеличение молочных желез. Однако данных еще недостаточно, чтобы любой из врачей мог повторить данный опыт на своем пациенте, обеспечив ему гарантированный результат.

Термины «стволовые клетки», «пуповинная кровь», «криобанк» наши соотечественники впервые услышали сравнительно недавно - пять лет назад. В то время как в США первый криобанк стволовых клеток пуповинной крови «Cryo-Cell» был открыт в 1992 г. Тем не менее первое предположение о существовании стволовых клеток было высказано именно русским ученым. В 1909 г. профессор Военной медико-хирургической академии Санкт-Петербурга А.А. Максимов сделал сенсационное заявление о том, что в организме человека есть так называемые «стволовые» клетки, способные при определенных условиях превращаться в зрелые, дифференцированные клетки организма. Несколько позже профессор московского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи А.Я. Фриденштейн подтвердил предположение коллеги и, изучая возможности этих особых клеток, стал разрабатывать сферу их применения.
Сейчас, по словам профессора Б.В. Афанасьева, директора клиники трансплантации костного мозга Санкт-Петербургского Государственного медицинского университета им. И.П. Павлова, в России вопросами стволовых клеток занимаются ученые и практикующие врачи Москвы, Санкт-Петербурга и Новосибирска.

Зачем нужны стволовые клетки?

Единого термина для названия этих универсальных клеток пока не придумано. Их именуют и «стволовыми», и «клетками-предшественницами», и «запасными». В организме взрослого человека, особенно в костном мозге, существуют клетки, обладающие способностью превращаться практически во все виды клеток взрослых тканей, например в клетки мышц, печени и другие. В отличие от дифференцированных, стволовые клетки обладают свойством неограниченного воспроизводства, в то время как дифференцированные клетки выполняют только лишь определенные функции (мышечные клетки - сокращаются, эритроциты - переносят кислород и т.д.), и не способны делиться неограниченно. Превращение стволовых клеток в дифференцированные происходит под действием клеток и субстратов, окружающих стволовую клетку, попавшую в ту или иную ткань. Мы знаем, что в норме стволовых клеток в организме чрезвычайно мало, но они являются универсальными «запасными» частями, которые используются организмом для восстановления разных тканей. «Починка» организма с помощью стволовых клеток происходит следующим образом: когда в какой-то ткани возникает повреждение, то ее гибнущие клетки посылают в кровь сигнал тревоги, выделяя особые вещества. Этот сигнал поступает в костный мозг, который начинает активно выбрасывать в кровь определенные клетки-предшественники. Те, в свою очередь, с током крови поступают к пострадавшему участку. Здесь сотни пришедших на помощь стволовых клеток делятся на миллионы, копируя погибшие и таким образом, восстанавливая их баланс.
В настоящее время эти возможности стволовых клеток используются в практической медицине при лечении более 60 опасных заболеваний. Среди них основное место занимают заболевания системы крови, различные онкологические заболевания, наследственные и аутоиммунные болезни. С этим связано то, что метод пересадки гемопоэтических стволовых клеток, т. е. клеток-родоначальников системы кроветворения, становится рутинным методом лечения этой тяжелой группы болезней. Как ни печальна статистика, но у 1 ребенка из 600 в возрасте до 14 лет может наблюдаться развитие такого заболевания.
В то же время исследования последних лет показали, что, стволовые клетки могут быть с успехом использованы и при лечении, например, сердечно-сосудистых заболеваний. Так, при инфаркте миокарда (состоянии, при котором нарушается кровоснабжение участка сердечной мышцы) костный мозг больного начинает сразу выбрасывать в кровь стволовые клетки, но для эффективного восстановления ткани сердечной мышцы их количества обычно недостаточно. В настоящее время ведутся исследования по имплантации стволовых клеток в зону сердечной мышцы, поврежденную при инфаркте миокарда. Такие операции проведены, например, в Бельгии, Германии. При этом пациенту в область поврежденной сердечной мышцы успешно имплантировали стволовые клетки, полученные из его же костного мозга. Следует отметить, что в данном случае стволовые клетки стимулируют образование мышечной ткани - непосредственно миокарда, а также сосудов поврежденной области.

Способы получения стволовых клеток

В настоящее время стволовые клетки для трансплантации получают в клинических условиях:
1. Из костного мозга. Это оперативное вмешательство проводится путем множественных пункций костей таза, грудины. При этом заготавливают около 1000 мл костного мозга. Этот метод используется более 30 лет. Его недостатками являются необходимость наркоза и возможность развития послеоперационных осложнений, хотя встречаются они достаточно редко.
2. Из периферической крови. Аппараты - фракционаторы клеток крови подсоединяются к венам больного или донора, и за одну-две операции через них пропускают 10-20 л крови. Эти процедуры проводятся на фоне введения человеку специальных лекарств (факторов роста), которые увеличивают содержание в крови стволовых клеток. Второй метод лишен недостатков первого, но более дорог, т.к. он требует использования дорогостоящей аппаратуры и факторов роста.
3. Из пуповинной крови. Стволовые клетки заготавливают в момент рождения ребенка, подвергают тщательному обследованию, замораживают и, в случаях их совместимости с каким-либо пациентом по антигенам главного комплекса совместимости - системе HLA, трансплантируют.
Количество стволовых клеток, которые распознаются по выявлению на их поверхности определенных антигенных структур, получаемых при заготовке материала для трансплантации из костного мозга, заготовленного от донора или больного, не превышает обычно 1*106/кг, для концентрата стволовых гемопоэтических клеток из периферической крови - 1-10*106/кг, для образца пуповинной крови - 1-4*106/кг.
О третьем методе стоит рассказать более подробно. В пупочной вене новорожденного концентрация стволовых клеток относительно велика. Это связано с тем, что у новорожденных сохраняются элементы эмбрионального кроветворения, и сама плацента выделяет мощные стимуляторы этого процесса. Клетки крови, ответственные за иммунные реакции, у новорожденных менее зрелы, чем у взрослых, что ведет к снижению риска возникновения болезни «трансплантат против хозяина» и дает возможность успешно осуществлять трансплантации гемопоэтических клеток при наличии определенных различий в системе HLA реципиента и донора. Кроме того, сам процесс сбора такой крови осуществляется быстро и просто; он не требует какого-либо контакта с матерью и ребенком и, соответственно, безболезнен.
Исследования последних лет доказали, что кровь, которая остается в пуповине, может быть собрана и заморожена для использования в будущем.

Теория и жизнь

В современной мировой медицине накоплен достаточный опыт реального излечения больных с помощью стволовых клеток. Примером тому может служить история шестилетней Кинси Моррисон, страдающей острой формой лейкемии 1. Шанс на выздоровление, сама того не ведая, ей подарила новорожденная сестренка. Стволовые клетки малышки, взятые из пуповины после ее рождения, оказались абсолютно иммунологически совместимыми с клетками Кинси, в то время как никто из возможных 9 миллионов потенциальных доноров стволовых клеток в мире, данные о которых собраны в мировом Регистре доноров кроветворных клеток (включая ее мать), не подходил больной девочке.
Первая в Европе операция с использованием донорских стволовых клеток пуповинной крови от совместимого родственного донора была проведена в 1988 г. в Париже ребенку с анемией Фанкони 2. Сегодня ребенок живет и здравствует. Этот пример стал одним из многих фактов успешного применения стволовых клеток пуповинной крови в лечении заболеваний крови. В целом стволовые клетки пуповинной крови были использованы более чем в 2 тысячах случаев трансплантаций.
В нашей стране заявлено существование регистра неродственных доноров на базе Гематологического центра, существуют также базы данных в Российском институте гематологии и трансфузиологии, Санкт-Петербургском медицинском университете - это банки данных на доноров, типированных по системе HLA и подписавших согласие на сдачу стволовых клеток в случае необходимости (из костного мозга или крови). За рубежом в 30 странах существует более 50 таких регистров, многие из которых имеют и банки образцов заготовленной и замороженной пуповинной крови. Если в национальные базы данных могут обращаться врачи и родственники больных, то в международные обращаются обычно через врачей (для этого существует определенный порядок, не всегда возможный для россиян).

Что такое криобанк?

Криобанки - это специально оборудованные хранилища стволовых клеток. В Европе и Америке криобанки стволовых клеток пуповинной крови начали появляться более 10 лет назад. Сегодня в общей сложности их 45. В этих банках хранятся образцы пуповинной крови, заготовленные от новорожденных-доноров, данные о которых включены в Национальные Регистры доноров гемопоэтических клеток. Заключив договор с таким банком, родители могут также сохранить «впрок» стволовые клетки и для своего ребенка. Клетки подвергаются тщательному обследованию, замораживаются по специальной программе и хранятся в жидком азоте при температуре –196°С в состоянии полного анабиоза и могут быть использованы для лечения самого ребенка или его ближайших родственников. Иными словами, хранение собственных - аутологичных стволовых клеток - это биологическая страховка для ребенка в будущем, благодаря которой он имеет собственные здоровые «запасные» клетки на случай серьезной болезни. Ведь известно, что сегодня более 30% людей, нуждающихся в пересадке стволовых клеток, так и не находят подходящий трансплантат.

Технология сбора

Манипуляция осуществляется после рождения ребенка и пережатия пуповины: пуповина перерезается и кровь собирается в стерильный контейнер, содержащий антикоагулянт - раствор, предотвращающий свертывание крови. Обычно объем собранной крови колеблется от 60 до 120 мл. Эта процедура не представляет никакого риска ни для матери, ни для ребенка и может быть произведена как при обычном течении родов, так и при родах путем кесарева сечения. Собранная пуповинная кровь упаковывается и помещается в специальный контейнер для перевозки, на который заранее нанесена вся необходимая информация.
Хранилище стволовых клеток разработано специально для их долгосрочного хранения. Оно представляет собой резервуар с жидким азотом объемом 500 л, оснащенный внутренней системой для размещения криобоксов с пробирками. Оно оборудовано сигнализацией и компьютерной системой, позволяющей круглосуточно следить за уровнем жидкого азота и за температурой в хранилище. К настоящему времени опыт хранения стволовых клеток насчитывает 15 лет, причем после размораживания клетки сохраняют все свои свойства. Размораживают образцы в водяной бане при температуре 40-41°С в течение 3-5 минут. Размороженные клетки должны быть сразу перелиты реципиенту.
Сроки «жизни» образцов пуповинной крови ограничены не столько длительностью хранения, сколько тем, что количества стволовых клеток, содержащихся в пуповинной крови, обычно бывает достаточно только для трансплантации детям до 10-14 лет. Поэтому сроки хранения пуповинной крови, взятой у конкретного новорожденного для возможной трансплантации ему же, ограничены указанными рамками. (Кстати, пуповинную кровь можно использовать не только для самих детей, но и для их родственников, которые совместимы с ними иммунологически и имеют показания для трансплантации и для которых количества этой крови будет достаточно).
Ученые, занимающиеся исследованием стволовых клеток, уверены, что в ближайшем будущем сфера их возможного использования значительно увеличится, т.к. научные исследования в этой области развиваются чрезвычайно динамично, и работа по созданию специальных банков пуповинной крови в России идет интенсивно. Услуги по хранению стволовых клеток пуповинной крови позволяют в какой-то степени обезопасить жизнь ребенка, и, возможно, других членов семьи. Как быстро они приживутся в нашей стране - покажет время, с единственной оговоркой, что сам шанс сохранения «клеток-лекарей» дается родителям только один раз - в момент рождения ребенка.

С памятного летнего дня 1909 года, когда русский гистолог Александр Максимов ввел термин «стволовые клетки», о них не утихают споры. Ученые каждый год раскрывают их секреты, что порождает новые загадки.

Итак, сстволовые клетки. Что это такое - панацея от всех недугов или величайшее заблуждение лучших умов медицинской науки? Опыты над животными подтверждают, что с помощью этих чудо-клеток можно лечить злокачественные опухоли, воспаления в суставах, болезни печени, сердца, желудка. Список городов России, где применяют такой прогрессивный метод, пополнил и Оренбург. Стволовые клетки здесь начали использовать для лечения суставов. Но есть ученые, которые весьма сдержанно высказываются об использовании стволовых клеток на нынешнем уровне знаний об их влиянии на организм и предлагают лечить ими только тех, у которых нет другого шанса спасти свою жизнь.

Стволовые клетки: что это такое

Уже и дети знают, что живой организм, будь то человек, животное или растение, получается после слияния мужской и женской половых клеток. В итоге образуется зигота. Это диплоидная структура, имеющая полный хромосомный набор и дающая начало абсолютно любым клеткам. Более простым языком зигота - это уникальное природное творение, из которого непостижимым пока для науки образом создаются все части живых тел.

Понятное дело, что зигота для этого должна образовать много клеточных структур, чтобы на все органы хватило. У млекопитающих она начинает делиться уже через сутки после своего образования. В результате получается 2 маленькие «дочки-зиготки», 100 % идентичные их «маме-зиготе». Еще через полтора суток «дочки» снова делятся надвое, образуя уже 4 близняшки - «внучки». К концу 5-го дня в зародыше находится около 30 клеток, точных копий первоначальной зиготе, только в несколько раз меньше ее по размеру. Называются они бластомерами. На этом этапе ДНК и белки в них активно синтезируются, но геном пока не задействован, а в ядрах не выполняется транскрипция, то есть, они еще незрелые. Надеемся, мы очень наглядно объяснили, стволовые клетки, что это такое. Утрировано можно назвать их просто тестом, а что из него вылепит природа, ручки, ножки или сердце и печенку, не знает никто. Стволовые клетки присутствуют в организмах не только на стартовом этапе их развития, но и тогда, когда все органы уже полностью формированы, то есть, до конца жизни. Они нужны для восстановления тканей после повреждения, только у пожилых людей стволовых клеток примерно в 50 раз меньше, чем у юных. Все они обладают двумя свойствами - способностью самообновляться без дифференциации и способностью производить клетки узкоспециализированные.

Эмбриональные стволовые клетки, что это такое

Сокращенно их именуют ЭСК. Они, как было сказано выше, образуются из зиготы и составляют клеточную массу эмбриона на самой первой стадии его жизни. Все они плюрипотентные, то есть могут превратиться в клетку любого органа. Важной отличительной чертой ЭСК является то, что они пока не умеют вырабатывать антигены, отвечающие за тканевую совместимость. Каждый из нас имеет индивидуальный набор таких антигенов, что приводит к непризнанию донорских стволовых клеток иммунной системой того, кому их вводят. С ЭСК эта проблема минимальна, поэтому их предложено использовать при терапевтических процедурах, например, проводить лечение суставов стволовыми клетками. Однако, у подопытных мышей с ослабленным иммунитетом, кому были трансплантированы ЭСК, наблюдалось появление злокачественных опухолей. Так что, точного ответа, что происходит с системами человеческого тела после введения в его органы ЭСК, пока нет. Вторым недостатком является то, что эмбрион после их изъятия погибает, поэтому аутогенный материал получить невозможно, только донорский.

Стволовые клетки фетальные, или ФСК

Этот материал получают из частей плода после аборта, если плоду не более 12 недель. На этом сроке первоначальные стволовые клетки или бластомеры уже определились со своей дальнейшей судьбой и начали дифференцировку. То есть они уже прошли определенное число делений. Вторая их особенность в том, что из ФСК нельзя сделать любые нужные нам клетки, а только что-то одно, например, ткани органов нервной системы, или сердечно-сосудистой, или костно-хрящевой. Это является их большим преимуществом, потому что врачи уже более целенаправленно могут их использовать и снизить риск осложнений. Именно на этих принципах основано, например, лечение артроза стволовыми клетками. В России пока этот метод проходит этап испытаний, так как ФСК имеют некоторые недостатки. Они заключаются в том, что в клетках плода уже могут присутствовать вирусы гепатита, СПИДа, микоплазмы и некоторые другие. Поэтому такой материал должен в обязательном порядке подвергаться дорогостоящему дополнительному обследованию и подготовке на специальном оборудовании. Второй проблемой в их использовании является юридический вопрос, который должен быть обязательно согласован.

Стволовые клетки постнатальные или ПСК

Понятие «постнатальный» означает «после рождения», то есть на протяжении всей жизни индивида. Считается, что на этом этапе не существует качественных стволовых клеток, но все-таки они есть, причем даже у пожилых людей, только обладают малой потентностью (потенциалом). Зато их можно использовать с большой эффективностью и безопасностью, так как ПСК являются аутогенными, а не донорскими. Взяв это за основу, начали в Оренбурге и других клиниках, практикующих подобную терапию. Она заключается в том, что у больного пункцией берут из его же собственные стволовые клетки, в лаборатории в специальных аппаратах их активизируют, выращивают до необходимого количества и снова вводят их хозяину. В его организме стволовые клетки направляются к поврежденному органу, где начинают восстановительный процесс.

Проблем у метода две:

1. Никогда достоверно неизвестно, отторгнет иммунная система свои родные стволовые клетки или примет.

2. Никто точно не знает, что именно происходит со стволовыми клетками, извлеченными из их привычной среды (костного мозга), и как они изменяются во время выращивания в лаборатории.

По этим причинам пока не дали 100 % гарантии ученые, проводившие эксперименты по трансплантации ПСК больным артрозом в таком городе, как Оренбург. Стволовые клетки, по их мнению, являются фантастическим прорывом в медицине, но еще они не до конца изученные.

Типы постнатальных клеток

Мы выяснили, что ЭСК все универсальны, то есть, могут стать чем угодно. ФСК более специфичны, но их можно использовать для создания разных органов в целых системах, например, в нервной. А ПСК имеют самую малую патентность, то есть максимально дифференцированы. Среди них выделяют такие :

Гемопоэтические, или ГСК;

Мультипотентные мезенхимальные стромальные, или ММСК;

Тканеспецифические;

Из ГСК получаются все лимфоциты, эритроциты, тромбоциты и другие кровеносные тельца.

Роль тканеспецифических прогениторных (предшествующих) стволовых клеток в замещении в тканях органов обычных клеток, по разным причинам погибших. Их отличительная черта - строго фиксированное число делений, благодаря чему их не всегда относят к истинным стволовым клеткам.

Возможности безоперационного лечения суставов

Установлено, что ММСК в результате дальнейших делений становятся остеобластами, хондроцитами, адипоцитами. Исследованиями именно в этом направлении ортопеды-травматологи прославили российский город Оренбург. Лечение артроза стволовыми клетками ММСК они провели пациентам, которые уже не могли ходить, такие серьезные в их суставах были разрушения. Стволовые клетки были взяты из жировой ткани этих пациентов, затем материал в условиях стерильности поместили в специальную среду, где две недели выращивали нужный тип клеток. Перед введением полученного препарата пациентам его тщательно протестировали на наличие всевозможных патогенов. На настоящий момент все, кто прошел такое лечение, чувствуют себя удовлетворительно, а признаки артроза у них значительно уменьшились. Но, как заявляют врачи, до окончательных выводов еще далеко, так как нужно провести дополнительные анализы и посмотреть, как будут обстоять дела у тестируемых пациентов через два года. Пока можно считать лишь первым удачным российским экспериментом работу, которую провел Оренбург. Стволовые клетки артроз, артрит, гемартроз и другие заболевания (если подтвердятся положительные результаты) смогут "лечить" без установки людям дорогостоящих и плохо приживающихся эндопротезов, что избавит пациентов от сложных и тяжелых операций. Еще одно направление использования ММСК - дифференцирование их в миоциты для восстановления мышечных тканей.

Пуповинная кровь

По статистике, больше половины населения Земли в той или иной степени поразил недуг суставов артроз. Стволовые клетки ММСК, возможно, тысячам людей подарят счастье безболезненного легкого движения, многим их них вернут работоспособность. Получают эти ММСК не только из костной и жировой ткани, но и из пуповинной крови. Ее забор производят после рождения младенца и перевязывания пуповины. В результате материала получается около 80 мл. Особенно высокий лечебный эффект дает трансплантат, в который входят совместно пуповинная кровь и костный мозг. Помимо артроза, по мнению врачей, эта кровь может быть применима при более чем 70 недугах, включая рак. Большие надежды возлагают исследователи на возможность использования пуповинной крови для эффективной помощи при неизлечимых другими методами недугов у детей, например, лейкоза, саркомы, рака мозга. Сейчас проводятся следования, как ведут себя стволовые клетки пуповинной крови при введении их больным шизофренией, ДЦП, болезнями Паркинсона и Альцгеймера. Этот материал собирают и хранят в банках крови. Они есть государственные и частные.

Растительные стволовые клетки

Все растения, поскольку они многоклеточные системы, также имеют стволовые клетки, которые сосредоточены в каллусе, в проростках, в почках, в молодых побегах. Исследования проводились с женьшенем, эдельвейсом, розой, гарденией и другими растениями. Но наиболее позитивные результаты показали стволовые клетки винограда красного или амурского. В Дальневосточном отделении РАН выяснили, что именно они помогают вылечить гепатит, а ученые из Крыма установили, что растительные, особенно виноградные, стволовые клетки возможно использовать при лечении рака. Большой интерес вызывает и вещество ресвератрол, первоначально обнаруженное во французском красном вине, а потом найденное в виноградных стволовых клетках. Оно является приоритетным помощником в борьбе за молодость кожи и тела. Это открытие использовали создатели антивозрастного крема «Либридерм». Стволовые клетки, полученные из винограда, не только способствуют разглаживанию морщин и убирают дряблость кожи, но и отлично ее увлажняют, делают мягкой, нежной, защищенной. Женщины, испробовавшие «Либридерм», выделяют у него такие плюсы:

Нежная текстура;

Легко наносится на тело;

Не вызывает аллергических реакций;

Увлажняет кожу практически на весь день;

Снимает раздражение.

Не понравились им в креме высокая цена и отсутствие за месяц применения заметного омоложения.

Лекарство из стволовых клеток своими руками

Считается, что стволовые клетки, взятые у растений, гораздо менее опасны, чем взятые у человека или животных, так как они несут меньше генетической информации и не оказывают такого мощного, а главное, непредсказуемого воздействия. Однако и они, особенно при введении их с помощью инъекций, способны вызвать нежелательные последствия. Но наружное применение, по мнению сотрудника МГУ им. Ломоносова Е. Родимина, идет только во благо. Он даже предлагает рецепт, как сделать в домашних условиях крем, стволовые клетки в котором будут выполнять работу по улучшению состояния кожи лица.

Сырьем могут служить почки и молодые виноградные побеги, но лучше всего нарезать с виноградных кустов черенки и нарастить у них каллус. Для этого веточки ставятся в воду на сутки-двое, после чего вынимаются, заворачиваются в смоченную водой ветошь (можно в мокрую газету), потом в целлофановый кулек, и кладутся в теплое место. Появившийся каллус нужно отделить, просушить и перемолоть. Далее ложку без горки (столовую) залить стопкой (100 гр) водки и настаивать 7 дней. Почки и ростки винограда нужно сложить в тару и тоже залить водкой. Полученный настой добавить в готовый нежирный крем, например, алоэ вера и тщательно перемешать. Принимать средство можно и вовнутрь, добавляя по несколько капель в чаи, соки.