Стволовые клетки - что это такое? Их влияние на организм. Лечение Стволовыми Клетками – Плюсы, Минусы, Побочные Эффекты Стволовые клетки днк

Стволовые клетки: мифы и реальность

«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», – считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин (Московский Центр медико-биологических технологий).

Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века. В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Действительно, стволовые клетки – прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения. Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.

Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции. Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать «запчастями» для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы – стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

Откуда берутся стволовые клетки

По своему происхождению стволовые клетки разделяют на эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека.

Источником эмбриональных стволовых клеток является бластоциста – зародыш, который формируется к пятому дню оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток есть недостатки. Во-первых, эти клетки способны спонтанно перерождаться в раковые клетки. Во-вторых, в мире пока не выделена безопасная линия истинно эмбриональных стволовых клеток, годных для клинического применения.

Фетальные стволовые клетки получают из абортивного материала на 9-12 неделе беременности. Помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости самого лечения, которое в определенных случаях может быть весьма эффективным.

Источником стволовых клеток является также плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако количество стволовых клеток в пуповинной крови не достаточно велико, и эффективное их применение возможно только однократно для самого ребенка до 10 лет.

Самым доступным источником стволовых клеток является костный мозг человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальная. В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый – это гематопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй – это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани.

Зачем нужны стволовые клетки

Если у человека есть свои стволовые клетки, то почему органы сами не регенерируют после повреждения? Причина в том, что в процессе взросления человека наблюдается катастрофическое снижение количества стволовых клеток: при рождении – 1 стволовая клетка встречается на 10 тысяч, к 20 – 25 годам – 1 на 100 тысяч, к 30 – 1 на 300 тысяч. К 50-летнему возрасту в организме уже остается всего 1 стволовая клетка на 500 тысяч, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, гипертония и т.д. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжелых заболеваний, а также нарушение механизма их выброса в кровь лишает организм возможностей эффективной регенерации, в результате чего жизнедеятельность тех или иных органов истощается.

Увеличение количества стволовых клеток в организме приводит к интенсивной регенерации и восстановлению поврежденных тканей и больных органов за счет образования молодых, здоровых клеток на месте утраченных. Современная медицина уже обладает такой технологией – она называется клеточной терапией.

Что такое клеточная терапия

Организм человека развивается до 25 лет, после чего начинается процесс старения, когда с каждым днем человек замечает за собой не самые приятные изменения своего тела. Возрастные изменения кожи, изменения в деятельности эндокринных и половых желез, мышечных тканей, иммунной и нервной систем также связаны с истощением запаса стволовых клеток. Для компенсации этого запаса и необходима клеточная терапия. Здоровым людям нет необходимости начинать поддерживающую терапию ранее 35 лет. Напротив, всем кто перенес серьезные болезни, травмы, ожоги или отравления процедуры показаны в любом возрасте.

Отечественная наука и медицина обладают одним из лучших потенциалов в области исследования и применения клеточной терапии в мире. Первые направленные поиски в области стволовых клеток костного мозга человека начались в результате методического прорыва, осуществленного Александром Яковлевичем Фриденштейном в середине 70-х годов ХХ века. В его лаборатории впервые была получена однородная культура стволовых клеток костного мозга. После прекращения деления стволовые клетки под влиянием условий культивирования превращались в костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткань. Пионерские разработки А.Я.Фриденштейна заслужили международное признание.

Сейчас с помощью терапевтической трансплантации стволовых клеток имеется возможность лечить или использовать в качестве сопровождающей терапии целый спектр заболеваний – сахарный диабет, атеросклероз, ишемическую болезнь сердца, хронические заболевания суставов, застарелые травмы, гепатиты и циррозы печени, аутоиммунные заболевания, болезни Альцгеймера и Паркинсона, синдром хронической усталости.

С помощью клеточной терапии быстро заживают ожоги, раны, язвы и рубцы кожи, осуществляется реабилитация после инсультов и черепно-мозговых травм, проводится комплексная программа регенерации (улучшение функциональных способностей организма и качества жизни) и мезотерапия лица, рук, проблемных (вялых) зон и всего тела. Клеточная терапия используется как поддерживающая терапия при рассеянном склерозе, сексопатологиях и бесплодии у мужчин и женщин, онкологических заболеваниях.

Безусловно, использование стволовых клеток не является панацеей. Так, их применение в онкологии не приводит к излечению от рака. Однако имеется ряд уникальных программ, направленных на реабилитацию больных в период ремиссии и перерывов между курсами химиотерапии. Больные, получающие такой курс, значительно лучше переносят все процедуры, уменьшается количество осложнений, появляется возможность повторить процедуры раньше. Таким образом, шансы на успех значительно возрастают. Помимо этого, стволовые клетки обладают и доказанным противораковым эффектом: они сдерживают процессы развития опухоли и активизируют иммунную систему.

Как проводится клеточная терапия

После проведения обследования и сбора анализов пациенту предлагают сдать кровь (костный мозг), в которой постоянно присутствует некоторое количество стволовых клеток. Современные технологии позволяют выделить стволовые клетки, после чего вырастить эти клетки в специальной среде в значительно большем количестве. По окончании процесса культивации пациенту назначают индивидуальный курс введения родного клеточного материала. Все лечение протекает амбулаторно и не требует изменения обычного ритма жизни.

Для сбора собственного клеточного материала необходима пункция костного мозга. Подготовка к процедуре, сама процедура забора костного мозга и отдых после нее длятся 1,5 часа (сама процедура занимает не более 20 минут), после чего пациенту необходимо прийти к врачу через 7 дней для первичного введения и далее посещать его для последующих введений согласно составленному графику.

Введение клеточного материала – безболезненная процедура, проводимая амбулаторно в стерильных условиях. Клеточный материал может вводиться внутривенно, внутримышечно, внутрисуставно, подкожно, а также в виде аппликаций – в зависимости от метода лечения и характера заболевания.

Средняя продолжительность курса (в зависимости от выбранной программы) – 2,5-3 месяца. Помимо начального этапа, пациенту не требуется посещать врача более чем 1-2 раза в неделю на протяжении всего курса.

Как правило, половина всех пациентов интересуется комплексной программой регенерации организма. Другая половина пациентов – это больные различных возрастов, с разными заболеваниями и их осложнениями – после серьезных травм, аварий, инсультов, ожогов, после операций, стрессов, кардиологических осложнений.

Клеточная терапия – это будущее современной медицины, это направление интенсивно развивается во всем мире. Приятно, что наша страна в этой области не только не отстает от других стран, но кое в чем их опережает.

Чтобы точнее исправить радиационные разрывы в ДНК, стволовые клетки тормозят свой жизненный цикл на определенных стадиях.

Одноцепочечный и двуцепочечный разрывы в ДНК. (Иллюстрация: bioquicknews.)

Когда мы говорим про опасную радиацию, то имеем в виду ионизирующее излучение. В нем достаточно энергии, чтобы превращать молекулы и атомы в заряженные ионы – почему такое излучение в целом и называется ионизирующим, хотя разновидностей у него довольно много.

Именно способность влиять на устройство атомов и молекул делает ионизирующее излучение опасным для живых организмов. Впрочем, здесь нужно учитывать, что все зависит от его количества, от дозы и времени воздействия. Например, в среднем каждый человек на Земле за счет природного радиационного фона, от которого никуда не деться, получает в год дозу около 3 мГр (миллигрей); а вот для острой лучевой болезни нужно за короткое время получить 1 Гр.

Но лучевая болезнь – это все-таки экстремальная ситуация. В повседневной жизни ионизирующее излучение, с которым мы сталкиваемся, слишком «размазано» по времени и не слишком велико по дозе. Тем не менее, достаточно высокая доза способна причинить ощутимый вред: из-за мутаций в ДНК, вызванных ионизирующим излучением, возрастает вероятность онкологических болезней. Сейчас считается, что даже небольшой избыток излучения в этом смысле опасен. Однако в экспериментах малые дозы облучения либо не приводили к отклонениям, либо даже оказывали положительное действие – облученные животные жили дольше и реже болели раком.

Очень большая доля злокачественных опухолей , которые, как известно, служат источником зрелых, специализированных клеток. Стволовые клетки постоянно делятся, и, если в них появляются мутации, то они перейдет к клеткам-потомкам. И если мутаций оказывается много (а стволовые клетки живут долго), то вероятность рака становится довольно большой. Как мы сказали выше, мутации могут возникать из-за ионизирующего излучения, но до сих пор мало кто изучал, как длительное слабое излучение действует на стволовые клетки.

Именно это попытались выяснить исследователи из Московского государственного университета, и некоторых других научных центров. Взяв стволовые клетки из десны, они подвергали их кратковременному и длительному воздействию рентгеновского излучения, причем доза его в обоих случаях была одинаковой.

Излучение рвет ДНК, иногда только одну цепь, а иногда сразу обе. Если порвалась одна цепь, то специальные белки легко зашьют разрыв, используя вторую цепь как шаблон. Но если порвались обе цепи, то тут уже работает другой механизм ремонта, и именно при таких повреждениях сильно возрастает вероятность, что ДНК отремонтируют неправильно.

Исследователей интересовали именно двойные разрывы. Оказалось, что при кратковременном облучении двойных разрывов становилось со временем все больше и больше, а при длительно облучении их число росло только до какого-то определенного момента, после чего наступал баланс – разрывов не становилось ни больше, ни меньше (хотя суммарная доза, напомним, и при кратковременном, и при длительном облучении была одинаковой). Все выглядело так, как если бы клетка успевала исправлять повреждения по мере того, как они появлялись, поддерживая «дефективность» ДНК на одном уровне.

Исправить двойной разрыв можно, просто сшив концы. Такой способ репарации (ремонта) обычно и используется, но, как мы сказали, он чреват ошибками, из-за которых клетка может либо просто погибнуть, либо переродиться в злокачественную. И есть другой способ, когда полностью разорванную двойную спираль ДНК восстанавливают по образцу другой двойной спирали. Подчеркнем – не одну цепочку латают по шаблону другой цепочки, а для обеих цепей подбирают другую молекулу ДНК, которая служит шаблоном-образцом для ремонта. И в таком случае ошибок получается гораздо меньше. Но для этого нужна точная копия поврежденной молекулы. А в клетке такая копия появляется только перед делением, когда вся ДНК удваивается, чтобы каждой из дочерних клеток досталось по копии.

В статье в Oncotarget говорится, что у стволовых клеток при длительном облучении действительно активировался именно второй, более точный механизм ремонта ДНК – это было видно по тому, как в клетках накапливался один из его белков. И одновременно клетки тормозили свой жизненный цикл – они дольше оставались в тех стадиях, когда синтезируется вторая копия ДНК и когда можно приступать собственно к делению.

Понятно, почему так происходило: чтобы более точный механизм ремонта успел исправить многочисленные радиационные разрывы, нужно время и нужна ДНК-образец, так что подходящие стадии клеточного цикла приходится подзадержать. Также понятно, почему это случалось именно при длительном облучении: разрывы появлялись постепенно, и клетки успевали исправить их в соответствующее временное окно.

В перспективе полученные результаты помогут точнее оценить влияние небольших доз ионизирующего излучения на организм, а также, возможно, помогут создать средство, которое помогало бы клеткам в экстремальных условиях включать более точный механизм репарации ДНК.

Стволовые клетки: правда, мифы и опасения

Что такое стволовые клетки?

Если говорить о стволовых клетках как таковых, то их главная особенность - способность к многократному делению. Проще говоря, благодаря им организм «обновляется». Но, увы, со временем скорость их деления уменьшается, и мы стареем. Несколько лет назад ученым показалось, что они нашли-таки «лекарство от возраста» - в виде эмбриональных, или зародышевых, стволовых клеток. Но чуда не случилось: из-за недостаточной изученности их действия и отдаленных последствий использования, а также многочисленной информации о потенциальной опасности такой клеточной терапии, к стволовым клеткам животного происхождения стали относиться очень настороженно. В большинстве стран их использование запретили. И сегодня, если речь идет о косметике со стволовыми клетками, имеются в виду так называемые растительные (фитостволовые, ростковые) клетки.

Откуда берутся фитостволовые клетки?

Термин «терапия стволовыми клетками растений» впервые был использован в 1970 году французским врачом Домиником Ришаром. Этот метод лечения также известен в США и Европе как фитоэмбриотерапия. Но вообще-то клетки растений, которые используются в косметических средствах, правильнее называть не стволовыми, а меристемными .

Об уникальной способности растений восстанавливать себя из мельчайших фрагментов известно давно. Но только во второй половине прошлого века выяснилось, что это возможно благодаря клеткам, которые содержатся в особой ткани растений - меристеме, сосредоточенной в почках, молодых корешках и проростках. Меристемные клетки и есть стволовые, то есть клетки-предшественники других, богатые пептидами, факторами роста, аминокислотами, антиоксидантами. Из них формируются ткани растений, от них зависит рост стеблей и корней и восстановление повреждений. Не удивительно, что чудо-клетки оказались в числе высокоактивных косметических компонентов!

Как «добывают» растительные стволовые клетки?

Обычно в косметику попадает не вся стволовая клетка, а только ее активные вещества. Чаще всего для этого используют биотехнологический способ. На кусочке растительной ткани делается надрез, клетки в его месте начинают активно делиться, образуя клеточную массу, обладающую всеми свойствами стволовых клеток. Ее помещают в жидкую среду с питательными веществами, а затем выделяют нужные компоненты, очищают их и стабилизируют. Такой процесс позволяет четко просчитать количество активных веществ и действие косметики.

Алиса Алая

Между эпидермисом и дермой есть так называемая базальная мембрана. Проникнуть через нее могут только гормоны и лекарственные вещества, но никак не косметика. Любые косметические средства, в том числе с ростковыми клетками, работают исключительно поверхностно, запуская процессы в дерме путем передачи информации через клетки-рецепторы. Растительные стволовые клетки - активные биостимуляторы клеток кожи. Благодаря факторам роста они способствуют улучшению тургора, исчезновению мелких и уменьшению крупных морщин.

Какого эффекта ждать от клеточной косметики?

Эдельвейс, женьшень, гардения, гинкго билоба, красный виноград, роза - вот лишь самые популярные из растений, стволовые клетки которых активно используются в косметике anti-age. Причем фитостволовые клетки способны влиять сразу на несколько причин старения кожи. Клетки с антиокислительными свойствами прерывают цепные реакции свободных радикалов, защищая клетки кожи от разрушения. Другие регулируют выведение токсинов, третьи - нормализуют процесс деления клеток и защищают ДНК… Чаще всего в одном косметическом средстве используются стволовые клетки одного-двух растений, но встречаются и рекордсмены, обогащенные пятью-шестью подобными экстрактами. Существует и нутрикосметика (например, на основе растительных стволовых клеток томата делается напиток Lifeade Beauty от Unhwa).

Опасны ли растительные стволовые клетки?

Ответ на этот вопрос однозначен: в данном случае нет. Косметика с ними не вызывает привыкания (впрочем, как и любая косметика), ей не запрещается пользоваться в период беременности. В отличие от клеток животного происхождения, растительные клетки не несут столь мощную информацию и не оказывают на человека такого серьезного и глобального воздействия, не вмешиваются в генный аппарат.