Современные медицинские технологии XXI века могут то, о чем даже не могли мечтать наши предки. Например, возможно распечатать на 3d-принтере часть имплантата межпозвонкового диска или сделать из специального пластика фрагмент, который идеально подходит пациенту. Но наш собственный организм уже содержит всю необходимую информацию о каждом веществе и каждой структуре, которая в нем когда-то существовала.Эта информация закодирована в генах и хромосомах, которые хранятся в ядре соматической клетки. Но человек так устроен, что «вытащить» ее оттуда в нужный момент не получается. Ядро клетки вовсе не похоже на хранилище чертежей при заводском конвейере. Только стволовые клетки организма могут запустить этот процесс. Наибольшая их часть активно действовала во время внутриутробного развития человека. Ведь эмбрион способен превратиться во взрослую особь с помощью простого деления пополам, и это продолжается некоторое время до начала специализации.

Стволовые клетки новорожденного содержатся в таком бесценном материале, как пуповинная кровь. Извлеченные оттуда, они по активности и способности специализации далеко обгоняют все, что находится в организме взрослых. Кроме этого, небольшой «запас» находится в пульпе выпавших молочных зубов. Стволовые клетки в зубах – это последний подарок малышу от природы на восстановление собственных тканей.

Затем, по мере формирования организма, стволовые клетки теряют свой «запал», и становятся нужными только там, где происходит постоянная наработка новых клеток в очень большом объеме. Эти новейшие стволовые клетки занимаются постоянным обновлением крови. Кровь – это уникальная, высокоспециализированная ткань, и производится она в красном костном мозге.

Стволовые клетки мозга являются единственными действующими в человеческом организме, который развился и стал взрослым. Более того, эти структуры остаются активными и не снижают своей «плодовитости» до самой смерти человека, производя колоссальное потомство.

Можно сказать, что стволовые клетки мозга являются бессмертными, но при этом они не просто воспроизводят свои копии, а способны к специализации. В зависимости от необходимости и нужных биохимических стимулов они способны превращаться в эритроциты, лейкоциты всех видов, тромбоциты.

Самыми главными являются полипотентные стволовые клетки . Их популяция поддерживается на небольшом количестве. Затем они, накапливаясь и делясь в очень больших количествах, постепенно приобретают нужную специализацию, превращаясь в полнофункциональные клетки крови.

Но такая «узкая специализация» привела к тому, что стволовые клетки мозга (красного костного) с большим трудом могут «вспомнить» прошлое, и превратиться, скажем, в нейроны или миокардиоциты. Вследствие этого возможности их трансплантации во многом ограничены.

Как это ни прискорбно, но кроме красного костного мозга, у взрослого человека взять стволовые клетки неоткуда. Природа не терпит пустоты, и эти структуры находятся только там, где идет интенсивное образование новых клеток. Любые анаболические процессы: заживление ран, созревание яйцеклеток в яичнике у женщин и сперматогенез у мужчин – по темпам далеко отстают от кроветворения.

Именно поэтому при необходимости, когда требуется пересадка стволовых клеток , для этого используются или собственные стволовые клетки из крови , или берутся аналогичные материалы у родственников. Конечно, трансплантация стволовых клеток родственников имеет меньшие шансы на успех. Представьте, что у вас дома кот ободрал обои, и вам нужно поменять небольшой кусок. Оригинальных остатков у вас нет, а в магазине вам предлагают очень похожие, но все – таки не те. Точно так же обстоит дело и с пересадкой стволовых клеток родственников, только вместо эстетического дискомфорта следует опасаться большего числа осложнений и меньшего клинического эффекта.

Зато бесценным источником куда более «сильных» клеток является пуповинная кровь и стволовые клетки в зубах (молочных).

Что же делать? Пользоваться при необходимости собственными стволовыми клетками мозга , хотя мы надеемся, что этот момент никогда не наступит. Но в наших силах обезопасить подрастающие поколения и сохранить здоровье еще нерожденным малышам. Для этого просто нужно организовать при родах взятие пуповинной крови , которая помещается в специальный банк стволовых клеток и хранится там при температуре жидкого азота до тех пор, когда она понадобится.

Если этот момент упущен, то можно получить стволовые клетки из молочных зубов ваших малышей и отправить их на длительное хранение. Банк стволовых клеток молочных зубов и пуповинной крови – это европейское изобретение. Банк стволовых клеток в Европе (один из лучших) находится во Франции, а также в княжестве Монако. Сделать шаг в правильном направлении поможет компания Кофранс (Cofrance SARL), работающая с ведущим в Европе биологическом банком стволовых клеток.

Узнать подробности вы можете на сайте фирмы, поскольку компания имеет сервис для обслуживания русскоговорящих клиентов. Ведь альтернативы сохранить здоровье и жизнь вашим детям и внукам в России с помощью клеточных технологий пока нет и не предвидится.

Здравствуйте, друзья! Поговорим о стволовых клетках, так как известна их роль в омоложении. Многие люди подсели на инъекции со стволовыми клетками. Но оправдано ли это ещё неисследованное и дорогое омоложение? Есть ли альтернатива инъекциям? Об этом читайте здесь.

Что такое стволовые клетки

Стволовые клетки – это носители генетической информации. Образуются они при слиянии мужской и женской клетки при зачатии. Они пока не специализированы на выполнение функций организма, У них одна функция – хранение генетического кода и размножение делением.

В процессе роста организма из стволовых клеток по заданной генетической программе образуются специализированные клетки.

Специализированные клетки – это те клетки, которые выполняют определённую специализацию, например, клетки мозга, печени и т.д. Специализированными они называются потому, что у них узкая специализация, например, клетки мозга не могут выполнять функции клеток печени и наоборот.

А из стволовых клеток создаётся любая специализированная клетка. Когда в организме неполадки, например, инфаркт, то стволовые клетки спешат ликвидировать поломку. Они устремляются в область сердца и становятся специализированными клетками сердечной мышцы. У человека, имевшего большой запас стволовых клеток, может произойти исцеление от инфаркта без последствий. Поэтому количество стволовых клеток в организме определяет возможность его молодости и регенерации в случае поломки каких- либо органов.

Где находятся стволовые клетки у взрослого человека и их роль.

У взрослого человека стволовые клетки концентрируются в костном мозге, а также во всех органах и тканях, но в меньшем количестве. Они всегда на страже, чтобы починить организм. В организме предусмотрено, чтобы специализированные клетки, ставшие больными, не запечатлевали свой поломанный генетический код навечно. Больные клетки умирают и выводятся, а стволовые клетки превращаются в нужные и заменяют поломанные клетки с сохранением генетического кода. Стволовые клетки могут починить все органы, в том числе очень сложные – мозг, нервы, кости.

Лечение стволовыми клетками.

Лечение стволовыми клетками стало направлением регенеративной клеточной медицины. В связи с тем, что в организме часто бывает недостаток стволовых клеток, особенно с возрастом, а также под воздействием стремления выглядеть моложе любым путём, а также любым путём излечиться, развилось направление инъекций стволовыми клетками как медицинский бизнес.

Какие источники стволовых клеток использует медицина

1. Донорские стволовые клетки. Но надо учесть, что организм может отторгать чужеродные клетки. И второй фактор: у чужих стволовых клеток — чужие гены, они дадут чужой характер, чужие предрасположенности к болезням.

1. Абортивный материал. Недостатки: Кроме последствий от отторжения чужеродных стволовых клеток, могут быть негативные последствия от привнесённого генетического кода, а также повышения риска вирусных и раковых заболеваний. Уже имеется большая печальная статистика любителей омолодиться любым путем.

   Кроме того, это влечет этические проблемы: так как коммерчески выгоднее брать кровь у эмбрионов более позднего развития, врачи могут «по медицинским показаниям» настаивать на более поздних сроках аборта, а затем у живого, уже сформировавшегося, человека без анестезии делают операции по извлечению стволовых клеток.

1. Ещё получают стволовые клетки из бластоцисты, которую забирают на 5 -6 день оплодотворения. Такие клетки не отторгаются, так как в них ещё не сформировались антигены. Но поскольку это денежный бизнес, то вопрос морали стоит в первую очередь.

Последствия инъекций стволовыми клетками.

Имеется печальная статистика скоропостижной смерти от рака у людей, особенно в артистической среде, подсевших на иглу инъекций стволовыми клетками.

Самый лучший способ омоложения и оздоровления стволовыми клетками – настрой Г.Н. Сытина.

Есть очень этичный способ восстановления и наращивания своих стволовых клеток – это влияние на своё подсознание.

Читайте Мои Интересные Статьи:

Стволовые клетки , а так же технологии, основанные на их использовании, привлекают огромное внимание ученых всего мира. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, разработки на основе СК – это действительно революционные технологии, изменившие подходы к лечению многих тяжелых заболеваний. Во-вторых, благодаря не слишком грамотным публикациям в СМИ в массовом сознании исследования СК, их использование ассоциируются с клонированием или «выращиванием человеческих эмбрионов на запчасти».

Развенчание мифов. Правда о стволовых клетках

«При своем рождении ни одна область биологии не была окружена подобной сетью предубеждений, враждебности да кривотолков, как стволовые клетки», - считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин.

Термин "стволовая клетка" был введен в биологию в 1908 году, статус большой науки данная область клеточной биологии получила лишь в последнем десятилетии ХХ века.

В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток (СК) третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека".

Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие СК, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в клеточную линию "зародыша", либо линию специализированных соматических клеток.

Правда о стволовых клетках такова: они – прародительницы всех без исключения типов клеток нашего организма. Они способны к самообновлению и, что самое главное, при делении образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

СК способны обновлять и замещать клетки, утраченные при повреждении во всех органах или тканях. Их призвание восстанавливать, регенерировать организм человека с момента его появления на свет.

Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые хотят в недалеком будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их можно вырастить из клеток самого пациента, они не будут вызывать отторжения, что является большим преимуществом.

Потребности медицины в таком материале практически не ограничены. Всего 10-20% людей вылечиваются благодаря удачной пересадке внутрененего органа. 70-80% пациентов погибают без лечения, не дождавшись своей очереди на проведение операции.

Таким образом, СК действительно могут стать «запчастями» для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы – стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

Зачем нужно иследование стволовых клеток?

Если у человека есть свои стволовые клетки, то почему органы сами не регенерируются после повреждения?

Причина в том, что при взрослении человека наблюдается постоянное снижение количества стволовых клеток: при рождении - 1 СК встречается на 10 тысяч клеток, к 20 - 25 годам - 1 на 100 тысяч, к 30 - 1 на 300 тысяч (приведены средние показатели). К 50-летнему возрасту у организма в среднем остается всего 1 СК на 500 тысяч, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, гипертония, т.п.

Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжёлых заболеваний, а также нарушение механизма их выброса в системный кровоток лишает организм возможностей эффективной регенерации, после чего жизнедеятельность тех или иных органов ослабевает.

Увеличение количества СК внутри организма может привести к интенсивной регенерации, восстановлению повреждённых тканей и больных органов за счёт образования молодых, здоровых клеток на месте утраченных. Современная медицина уже обладает такой технологией – она называется клеточной терапией.

Что такое клеточная терапия ?

(КТ) – вид лечения, при котором применяются живые клетки. Можно предположить, что в скором будущем этот вид терапии станет более массовым, эффективным, а так же безопасным.

Применение КТ в России – процесс неоднозначный. Фундаментальных организаций, работающих в этой области, немного. В основном применение КТ в Российской Федерации ограничено отдельной медицинской технологией или методикой, зарегистрированной соответствующей инстанцией, выданной в качестве разрешения клиническому учреждению-заявителю на ограниченный срок (например, на год). Это означает, что применение СК этой организацией возможно лишь в рамках заявленной методики, строго для лечения указанного вида заболевания. Речь идет о применении собственных клеточных компонентов пациента или кровного донора. Коммерческое использование КТ при наличии необходимой документации в этом случае допустимо.

В некоторых НИИ, других государственных учреждениях пациентам могут предложить лечение с помощью клеточных технологий в рамках ограниченных клинических испытаний, в границах заявленной методики и лечения конкретного заболевания. Однако такие работы проводятся редко. Как правило, обычно лечение для пациента-добровольца бесплатно.

Российская наука и медицина обладают большим потенциалом в области исследования СК, применения клеточной терапии. Первые целенаправленные поиски в области терапевтического использования СК костного мозга человека начались в результате методического прорыва, осуществленного Александром Яковлевичем Фриденштейном датированного серединой 70-х годов ХХ века. В лаборатории Александра Яковлевича впервые в мире была получена однородная культура СК костного мозга.

После прекращения деления под влиянием условий культивирования превращались в костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткань. Пионерские разработки А.Я.Фриденштейна заслужили международное признание.

С тех самых пор становится все более доступной и научно обоснованной. С помощью терапевтической трансплантации СК возможно лечение целого спектра заболеваний, в числе которых – сахарный диабет, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, хронические заболевания суставов, застарелые травмы, гепатиты, циррозы печени, аутоиммунные заболевания, болезни Альцгеймера, Паркинсона, синдром хронической усталости. Клеточная терапия может быть использована как поддерживающая терапия при рассеянном склерозе, сексопатологиях, бесплодии у мужчин и женщин, онкологических заболеваниях.

В зависимости от метода лечения, клеточный материал может вводиться внутримышечно, внутривенно, подкожно, внутрисуставно, или в виде аппликаций – это так же зависит от характера заболевания.

Безусловно, использование стволовых клеток не является панацеей. Нельзя сказать, что их применение в онкологии приводит к излечению от рака, в месте с тем появляются современные протоколы, которые направленны на реабилитацию больных в период ремиссии и во время перерывов между курсами химиотерапии. Опыт показывает, что получающие такой курс больны способны лучше переносить основное лечение, заметно уменьшается количество осложнений, появляется возможность повторить процедуру химиотерапии несколько раньше. Таким образом, шансы на успех излечения возрастают. Помимо этого, стволовые клетки обладают доказанным противораковым эффектом: они сдерживают процессы развития опухоли, активизируют иммунную систему.

Применение КТ находится в начале своего пути. В большинстве нозологий только начинают изучать воздействие стволовых клеток на само заболевание. Сегодня лишь в некоторых нозологиях получены убедительные результаты применения СК. Аспекты клинического применения КТ изложены в конце этой статьи.

____________________________

Хочется напомнить посетителям портала, что нерасполагает информацией об организациях, применяющих для лечения заболеваний в России. Мы не можем рекомендовать медицинские учреждения, работающие в этой области, и не обладаем информацией о «лучших специалистах». Администрации портала также неизвестны учреждения, приглашающие пациентов принять участие в клинических испытаниях с применением стволовых клеток. Пожалуйста, помните об этом. Достоверная информация о качестве предлагаемых процедур, как правило, отсутствует, а уровень квалификации специалистов, их назначающих, не всегда достаточно высок. Данный ресурс посвящен исключительно освещению клеточных технологий.

Откуда берутся стволовые клетки

СК можно получить из различных источников. Некоторые из них имеют строго научное применение, другие используются в клинической практике уже сегодня. По своему происхождению их разделяют на эмбриональные, фетальные, клетки пуповинной крови и клетки взрослого человека.

Эмбриональные стволовые клетки

Первым типом стволовых клеток следует называть клетки, что образуются при первых нескольких делениях оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) – из каждой может развиться самостоятельный организм (так, например, получаются однояйцевые близнецы).

Через несколько дней эмбрионального развития, на стадии бластоцисты, из ее внутренней клеточной массы можно выделить эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Они способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма, они способны неограниченно делиться при определенных условиях, формируя так называемые «бессмертные линии». Но у этого источника СК есть недостатки. Во-первых, во взрослом организме эти клетки способны спонтанно перерождаться в раковые. Во-вторых, в мире пока не выделена безопасная линия истинно эмбриональных стволовых клеток, годных для клинического применения. Клетки, полученные таким путем (в большинстве случаев с применением при культивировании клеток животных) используются мировой наукой для исследований и экспериментов.

Клиническое применение таких клеток сегодня невозможно.

Фетальные стволовые клетки

Очень часто в русских статьях эмбриональными СК называют клетки, полученные из абортированных плодов (фетусов). Это неверно! В научной литературе клетки, полученные из тканей плода, называют фетальными.

Фетальные СК получают из абортивного материала на 6-12 неделе беременности. Они не обладают вышеописанными свойствами ЭСК, полученных из бластоцисты, – то есть способностью к неограниченному размножению и дифференцировке в любой вид специализированных клеток. Фетальные клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, во-первых, может пройти только ограниченное число делений и, во-вторых, дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Этот факт делает их клиническое применение более безопасным. Так, из клеток фетальной печени могут развиться специализированные клетки печени и кроветворные клетки. Из фетальной нервной ткани, соответственно, развиваются более специализированные нервные клетки и т.д.

Клеточная терапия как вид берет свое начало именно от применения фетальных СК. В последние 50 лет в разных странах мира были проведены серии клинических работ с их применением.

В России, помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Процесс выделения и получения ФСК сложный, для этого требуется современное оборудование и специальные знания.

Однако при профессиональном контроле хорошо подготовленные фетальные стволовые клетки имеют огромный потенциал в клинической медицине. Работы с фетальными СК в России сегодня ограничиваются научными исследованиями. Их клиническое применение не имеет юридической базы. Более широко и официально такие клетки применяются сегодня в Китае и некоторых других странах Азии.

Клетки пуповинной крови

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 на хранение, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления многих органов и тканей пациента, а также для лечения различных заболеваний, в первую очередь гематологических и онкологических.

Однако количество СК в пуповинной крови при рождении недостаточно велико, и эффективное их применение, как правило, возможно только однократно для самого ребёнка в возрасте до 12-14 лет. По мере взросления, объема заготовленных СК становится недостаточно для полноценного клинического эффекта.

Стволовые клетки взрослого человека

Стволовые клетки остаются с нами в течение всей жизни, с самого рождения. Самым доступным источником СК является костный мозг взрослого человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальна.

Хорошо подготовленная процедура сбора таких клеток, как правило, совершенно безопасна. Клетки, полученные от самого пациента, называют аутологичными (собственными) стволовыми клетками (АСК). Их активность и качество не сильно отличается от клеток, полученных из других источников. В то же время отсутствуют юридические ограничения для их применения, нет этических трений.

При условии профессиональной подготовки применение таких клеток в клинической медицине считается безопасным: они не отторгаются, не обладают онкогенными свойствами, нет риска заражения опасными инфекциями при трансплантации.

В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый – это гемопоэтические СК, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй – это мезенхимальные СК, которые регенерируют практически все органы и ткани. Также их можно получить из других источников: например, из жировой ткани. Однако эффективность СК, полученных таким путем, а также безопасность их применения пока остается под вопросом. Еще один вид стволовых клеток, которые присутствуют почти во всех тканях, это региональные СК – как правило, это уже достаточно дифференцированные клетки, способные дать начало только нескольким разновидностям клеток, из которых состоят ткани данного органа.

Клиническое применение стволовых клеток

Применение СК взрослого человека в медицине сегодня развивается наиболее масштабно, в том числе и в России. С появлением качественного лабораторного оборудования протоколы подготовки стволовых клеток взрослого донора обеспечивают все большую безопасность и эффективность лечения. Клиническое применение других видов СК в настоящее время сильно ограничено или запрещено в силу отсутствия юридической базы.

При наличии необходимых условий и разрешительной документации применение АСК в России допустимо: в основном это работы в области онкогематологии (СК являются компонентами крови), проводимые также во всем мире. В некоторых случаях разрешения для ограниченного применения СК могут быть получены и для других нозологий. Однако следует помнить, что наличие разрешительной базы вовсе не предполагает обязательное присутствие знаний и опыта. Организация, предлагающая подобные услуги, должна иметь полный набор современных условий, что, как минимум, предполагает наличие: клинической базы, врачебной группы специалистов в области клеточной терапии, знаний в области диагностики и оценки противопоказаний при работе с СК, опыта работы с выявленным заболеванием, клинического опыта, лабораторных мощностей и группы научных сотрудников.

Специализированных учреждений, работающих с АСК, как и опытных специалистов в этой области – единицы. Специалисты таких учреждений точно знают всю правду о стволовых клетках и не станут утверждать, что их применение – это панацея, и что все возможные заболевания лечатся уже сегодня. Напротив, такие специалисты обычно свидетельствуют, что клинические результаты получены лишь в небольшом перечне нозологий, а сама терапия имеет ряд ограничений. Наряду с этим, квалифицированно исполненная клеточная терапия является радикальным видом лечения, а клинический эффект может превосходить любые аналоги классической медицины. В некоторых случаях, СК являются единственным средством лечения и реабилитации больных.

Применение клеточных технологий – весьма специализированный, наукоемкий процесс. Предложения вроде «3 укола за три недели, и все будет хорошо» должны серьезно насторожить любого пациента. Лечение должно быть комплексным, его продолжительность может составить несколько месяцев, и проводится оно всегда под контролем опытных специалистов.

Мы следим за развитием событий...

Ученые установили связь между стресс-индуцируемым гемопоэзом, возникновением повреждений ДНК в стволовых клетках крови, истощением их запаса и нарушениями в их функционировании. Оказывается, если в организме постоянно возникают инфекции или травмы, то постепенно в ДНК стволовых клеток крови накапливаются повреждения. Они приводят к истощению запасов стволовых клеток и, следовательно, к «старению» кроветворной системы. А в случае, если в системах репарации повреждений ДНК есть дефекты (как, например, при редком заболевании - анемии Фанкони), то истощение запаса стволовых клеток наступает гораздо быстрее.

Существует много разновидностей клеток крови (рис. 1). Каждый вид выполняет важные функции, но живут клетки крови сравнительно недолго: например, эритроциты живут около 120 дней, а лейкоциты - до нескольких месяцев. Для того чтобы постоянно пополнять запас выбывающих из строя бойцов, нужны кроветворные (их называют еще гемопоэтическими ) стволовые клетки (ГСК ). Популяция ГСК достаточно разнородна: клетки могут находиться на разных стадиях дифференцировки, то есть быть разной степени зрелости, могут обладать разным временем жизни, разной - краткосрочной и долгосрочной - регенеративной активностью, разными профилями экспрессии генов и разными эпигенетическими программами дальнейшей дифференцировки. В связи с этим среди стволовых кроветворных клеток особенно выделяют тип клеток с долгосрочной регенеративной активностью (ДР-ГСК ), то есть способных воспроизводить популяцию клеток крови на протяжении всей жизни организма .

Рисунок 1. Разнообразие клеток крови и их происхождение от общего предшественника - гемопоэтической стволовой клетки. Из нее образуются более зрелые, но всё еще способные к дифференцировке миелоидные и лимфоидные предшественники. Миелоидные клетки, постепенно дифференцируясь, дают начало тромбоцитам , эритроцитам, моноцитам (а с ними - макрофагам и миелоидным дендритным клеткам), эозинофилам, нейтрофилам, базофилам. Лимфоидные клетки порождают естественных киллеров, Т-клетки, В-клетки и плазмоцитоидные дендритные клетки. Рисунок с сайта .

Рисунок 2. Обнаружение двунитевых разрывов в активированных ДР-ГСК. Вверху - неповрежденное ядро контрольной клетки, не прошедшей стресс-индуцируемую активацию. Внизу - ядро активированной клетки, окруженное «хвостом» из кусочков поврежденной ДНК. Рисунок из .

В норме ГСК, как ценное сокровище, спрятаны в костном мозге, внутри твердых костей. Они покоятся в особых нишах, в нежной соединительной ткани, богатой сосудами . Такая серьезная защищенность ГСК от воздействия внешних факторов неслучайна: спонтанное повреждение ДНК этих клеток может привести к онкологическим заболеваниям или попросту к истощению запаса клеток крови - постепенному старению кроветворной системы и даже острому дефициту клеток (цитопении).

Немецкие исследователи под руководством Майкла Мильсома и их коллеги из Швейцарии, Австралии и США выяснили, что повреждение ДНК гемопоэтических стволовых клеток крови случается во время активной стимуляции этих клеток к выходу из состояния покоя . Активация ДР-ГСК может стимулироваться спектром вырабатывающихся организмом веществ, которые напрямую не приводят к повреждению ДНК: интерферонами , гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором , тромбопоэтином . Толчком к активации ДР-ГСК может стать и острая потеря крови. В своих экспериментах ученые имитировали заражение организма вирусной инфекцией, вводя мышам смесь полиинозиновых-полицитидиновых кислот для стимуляции выброса интерферонов: ведь известно, что интерфероны выделяются клетками организма именно в ответ на вторжение вируса. Затем ДР-ГСК извлекали, помещали в агарозный гель, лизировали и проводили электрофорез (такое исследование называется «метод ДНК-комет »). Отрицательно заряженная ДНК при приложении напряжения направляется к положительно заряженному электроду. Если ДНК повреждена, ее кусочки отрываются от ядра и под действием электрического тока образуют в геле так называемый «хвост кометы» (рис. 2). Именно так ученые обнаружили множество одно- и двунитевых разрывов ДНК в извлеченных стволовых клетках. О повреждениях ДНК свидетельствовало также появление в ДР-ГСК промежуточных белков и модификаций гистонов , необходимых для процесса репарации ДНК , то есть починки ее поломок.

Пожалуй, один из самых неприятных результатов разрывов ДНК - это последующая ковалентная сшивка двух ее цепей . РНК-полимераза во время транскрипции и ДНК-полимераза во время репликации не могут преодолеть такие структуры, а для их репарации необходима так называемая система репарации анемии Фанкони .

Большинство типов репарации ДНК не обходится без участия белков системы репарации Фанкони. Однако если часть репарационного пути вышла из строя, то починка повреждений осуществляется с помощью других систем репарации. И только ковалентные сшивки между цепями ДНК не поддаются починке в отсутствие белков системы репарации Фанкони .

Рисунок 3. Белки репарационного пути Фанкони и их участие в репарации повреждений ДНК. Киназа ATR активирует белки репарации FANCI, FANCD2, FANCA и, возможно, FANCG. Ферменты USP1 и UAF1 удаляют убиквитин с белков FANCD2 и FANCI, подавляя репарацию. Деградация белка FANCM происходит после его фосфорилирования в период митоза с помощью киназы Plk1 и последующего убиквитинилирования . FANCE деградирует после фосфорилирования киназой Chk1. Рисунок из .

И действительно, ученые заметили повышенный уровень экспрессии генов FANС и обнаружили скопления этих белков в клетках ДР-ГСК во время их стресс-индуцируемой активации. Кроме того, у мышей, которым была внесена делеция в ген белка FANCA (Fanca −/− ) и, соответственно, нарушения структуры ДНК не могли быть ликвидированы, количество повреждений было существенно выше, чем в клетках животных с нормальной системой репарации.

На самом деле причина возникновения повреждений ДНК при стрессовой активации ДР-ГСК точно не известна. Зато известно, что одной из причин возникновения ковалентных сшивок двух соседних нуклеотидов в ДНК являются активные формы кислорода . Свободные радикалы, которые образуются в митохондриях , способны «сшивать» структурные единицы белков, жиров и ДНК . Существует даже теория, в рамках которой считается, что активные формы кислорода именно за счет внесения сшивок в молекулы провоцируют образование морщин и другие формы старения организма . Так или иначе, ученые обнаружили, что в активно пролиферирующих ДР-ГСК митохондриальный мембранный потенциал повышается по сравнению с клетками в состоянии покоя, а это может приводить к значительному увеличению количества активных форм кислорода.

При активации ДР-ГСК с поврежденной системой репарации не в живом организме, а в чашке Петри, ученые наблюдали быструю гибель уже второго поколения стволовых клеток. Также выяснилось, что если активация ДР-ГСК клеток происходит неоднократно, то почти у 80% мышей Fanca −/− наступает апластическая анемия , в то время как у мышей с нормальной системой репарации заболевание не возникает. Таким образом, без действующей системы репарации запасы ДР-ГСК костного мозга истощаются. Более того, ДР-ГСК здоровых мышей после стимуляции их делений имели сниженную способность к трансплантации и производили неполноценные миелоидные клетки в организме мышей-реципиентов.

В результате, ученые предложили следующую модель (рис. 3). Когда ДР-ГСК находятся в состоянии покоя и делятся редко, их энергетические запросы невелики. Поэтому митохондрии работают в обычном режиме, и образования активных форм кислорода не происходит. При инфекционных заболеваниях или потере крови пул клеток крови пополняется за счет активации ДР-ГСК. В этот момент в клетках усиливаются окислительные процессы, образуются свободные радикалы, которые могут приводить к повреждениям ДНК . Сама ДНК в этот период тоже находится в уязвимом состоянии из-за активных процессов репликации (удвоения ДНК, предшествующего делению клетки). Если репарация повреждений ДНК неэффективна, то клетки погибают. Или выживают, но несут мутации. В здоровом организме каждый раунд стресс-индуцируемой активации приводит к гибели/старению/накоплению мутаций в небольшом количестве ДР-ГСК. Однако на протяжении всей жизни подобная активация клеток случается многократно. Это может привести к тому, что запас ДР-ГСК истощится, и они больше не смогут эффективно производить новые клетки крови. А если системы репарации работают плохо (речь идет в основном о белках Фанкони), то пул ДР-ГСК истощается стремительно, что ведет к старению кроветворной системы и ее неспособности выполнять свои функции.