От восстановления хрящевой ткани до лечения рассеянного склероза — прорывные технологии медицины во многом связаны с применением стволовых клеток. Разберем их виды и источники, механизмы действия, актуальные методы терапии и перспективные разработки в области регенерации тканей.
Что такое стволовые клетки
Стволовые клетки — это незрелые клетки, которые служат основой для формирования специализированных клеток различных органов и тканей.
У них два основных свойства.
Самообновление. Они могут делиться, создавая такие же стволовые клетки.
Потентность. Способность дифференцироваться в разные типы специализированных клеток, формируя ткани и органы.
Виды стволовых клеток
Стволовые клетки делят на два вида: пренатальные (эмбриональные и фетальные) и постнатальные. Первые включают в себя клетки эмбриона или плода, поэтому их использование запрещено в большинстве стран по этическим и юридическим причинам. Вторые получают после рождения человека.
Изначально ученые считали, что стволовые клетки присутствуют только у эмбрионов на ранних стадиях развития и полностью исчезают у взрослых. Однако это представление было опровергнуто в 1970-х годах, когда группа исследователей под руководством Александра Фриденштейна выявила наличие стволовых клеток в мезенхимальной части (строме) костного мозга взрослых организмов. Это стало значительным прорывом в регенеративной медицине.
Рассмотрим виды постнатальных клеток.
Гемопоэтические
Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) — это клетки-предшественники, из которых образуются все типы клеток крови:
определяющие иммунитет;
переносящие кислород;
обеспечивающие свертываемость.
Мезенхимальные
Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) — это клетки-предшественники, которые могут дифференцироваться в клетки соединительной ткани, то есть в клетки костей, хрящей, дермы и жировой ткани. Помимо этого они выделяют большое количество биологически активных веществ, регулирующих работу других клеток, в том числе иммунных.
Тканеспецифичные прогениторные клетки
Частично дифференцированные элементы, локализованные в различных тканях организма. Их ключевая функция заключается в поддержании гомеостаза путем замещения погибших клеток.
Они обладают ограниченным потенциалом дифференцировки и неспособны к неограниченному самообновлению. Поэтому есть разногласия относительно того, можно ли считать тканеспецифичные прогениторные клетки истинно стволовыми.
Где находятся стволовые клетки
Основные источники гемопоэтических стволовых клеток — это костный мозг, периферическая и пуповинная кровь. Мезенхимальных — костный мозг, жировая ткань и пуповина.
Зачем нужны стволовые клетки
Стволовые клетки играют ключевую роль в поддержании нормальной работы органов. Генетическая информация в их ядре находится в «исходном состоянии» — она еще не запрограммирована на выполнение конкретных функций.
В отличие от соматических клеток, которые уже специализированы (например, костные клетки формируют скелет, кровяные переносят кислород, а нервные передают сигналы), стволовая клетка еще не активировала гены, определяющие ее дальнейшую специализацию. Именно поэтому она может превратиться в клетку любого типа, обеспечивая регенерацию и обновление тканей.
В медицине стволовые клетки стали мощным инструментом лечения. Например, гемопоэтические клетки уже более 60 лет успешно применяются для терапии лейкозов, анемий и патологий иммунной системы.
Мезенхимальные клетки способны восстанавливать кожу, хрящевую и костную ткани, подавлять воспалительные процессы и развитие фиброза, восстанавливать аутоиммунные нарушения.
Применение стволовых клеток в медицине
О применении стволовых клеток в медицине рассказал Егор Приходько — генеральный директор Центра клеточных технологий «Покровский», врач регенеративной медицины, президент Ассоциации специалистов клеточной терапии и технологий, CEO биотех-компании ExoLabs:
«Сегодня стволовые клетки уже могут помочь при инсульте, диабете, заболеваниях суставов, сердечно-сосудистых проблемах и даже онкологии. Одним из ярких примеров является использование стволовых клеток для восстановления легочной ткани у пациентов, перенесших COVID-19 и лечение постковидных осложнений. Применение в лечении аутоиммунных заболеваний (рассеянный склероз), восстановлении зрения, а также терапии для людей, страдающих от ДЦП, делает стволовые клетки инновационным решением в медицине».
Хранение стволовых клеток
Стволовые клетки хранятся в специальных условиях, обеспечивающих жизнеспособность материала на протяжении длительного времени. Основной метод сохранения — криоконсервация.
Криоконсервация — это замораживание в жидком азоте при температуре –196°C, которое останавливает все биохимические процессы, сохраняя клетки в неизменном состоянии. Криоконтейнеры размещают в специализированных банках с автоматическим контролем температуры и резервным питанием. Перед применением клетки размораживают, удаляют криопротектор и проверяют жизнеспособность.
Будущее лечения с помощью стволовых клеток и их продуктов
Редакция Науки Mail поинтересовалась у Егора Приходько, каков потенциал применения продуктов на основе стволовых клеток.
«Безусловно, за стволовыми клетками будущее в медицине. Конечно, для их использования необходимо еще многое сделать и изучить, разработать схемы применения, подобрать носители, установить четкие показания и противопоказания», — объяснил эксперт.
По мнению Егора Приходько, другая, не менее перспективная технология, которая может изменить медицину в ближайшие годы — использование экзосом. Это микроскопические частицы, которые передают биологические сигналы между клетками, стимулируя процессы регенерации и омоложения. Уже сегодня экзосомы активно используются в косметологии для восстановления кожи и в регенеративной медицине для восстановления тканей.
«В дополнение к экзосомам можно отметить продолжение исследований в области генетической модификации стволовых клеток. Это даст возможность не только лечить заболевания, но и устранять их на молекулярном уровне. Клеточные терапии, направленные на восстановление поврежденных органов или создание искусственных тканей, имеют огромный потенциал», — подчеркнул врач.
Мнение эксперта
Егор Приходько уверен: именно экзосомы и другие регенеративные технологии будут определять развитие медицины будущего.
Эксперт опроверг некоторые мифы о стволовых клетках:
«Совместно со специалистами отдела аналитики агентства MRF мы проводили исследование, в ходе которого выявили распространенные мифы и заблуждения о стволовых клетках. Самые популярные звучат так: «Стволовые клетки получают из абортивного материала» и «Использование стволовых клеток провоцирует появление онкологии».
Егор Приходько отметил, что использование абортивных материалов абсолютно недопустимо в России и большинстве других стран. Специалист подчеркнул: стволовые клетки для медицины берутся только из разрешенных источников.
Главное о стволовых клетках
1. Стволовые клетки — это незрелые клетки, которые служат основой для формирования любых специализированных клеток организма (нервных, кровяных, костных и т.д.).
2. Два ключевых свойства стволовых клеток – самообновление (делятся без потери потенциала) и дифференцировка (превращение в нужные типы клеток).
3. Стволовые клетки бывают пренатальными и постнатальными. Использование первого вида запрещено.
4. Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) — это клетки-предшественники, из которых образуются все типы клеток крови.
5. Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) это клетки-предшественники, которые могут дифференцироваться в клетки разных тканей, в том числе костей и хрящей.
6. Стволовые клетки обеспечивают обновление клеток кожи, крови и внутренних органов, а также регенерацию тканей при различных повреждениях (последствия травм, инфарктов, инсультов).
7. Гемопоэтические клетки применяются для терапии лейкозов, анемий и иммунодефицитов.
8. Мезенхимальные клетки восстанавливают хрящи и кости, подавляют воспалительные процессы.
9. Применение стволовых клеток в медицине: лечение лейкозов, диабета, болезней суставов, рассеянного склероза, восстановление после инсультов и инфарктов.