Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 473
Текст из файла (страница 473)
2254 Часть 5. Клетки в контексте ихсовокупности, покоящийс остеобласт (выстипающ кость клетк мелкий кроавносн сосуд оная кость андотелиа клетка овый костный матрикс, еще е обызвестеленный арая кость оствоцит ыхлая соединительная ткань растущии вглубь апиллярный отросток оствобласт начинающ закладку но кости для запопнени прорытого туннеля стеакласт.
рокладывающий туннель сквозь старую кость 100 мкм Рис. 23.60. Пе й рестро на компактной кости. Остеокласгьь работающие совместно, прогрызаюттуннель через старую кость, продвигаясь со скоростью около 50 мхм в день. За ними входят в туннель остеобласты, которые выстилают его стенки и начинают формировать новую кость, откладывая слои матрикса со скоростью 1 — 2 мкм в день. В то же время капилляр растет вглубь по центру туннеля. В конечном счете туннель заполняется концентрическими слоями новой кости, и свободным остается лишь узкий центральный проход, называемый Гаверсовым каналом. Каждый такой канал, помимо обеспечения прохода для осте окластов и остео Властов, содержит один или несколько кровеносных сосудов, которые транспортируют питательные вещества, необходимые клеткам кости для жизни.
Как правило, у здорового взрослого млекопитающего таким способом ежегодно заменяется примерно 5 — 10 % костной ткани. (Рисунок основан на 2. Е. 6. (аиюгз(г(, В. Вне(г апг(б. 5е(га!у 1 АпаС 133:397-405, 1981. С любезного разрешения издательства В!асыке!! РиЫВЬпй.) Н ° (арушение этого равновесия может принести к остеопорозу, при котором про исхгьтит чрезмерная эрозия костного лгатрикса и ослабление кскти, или к противоположному состоянию, огтеопетризу, в силу которого кость становится чрезмерно толггой и плотной. Мощные воздействия на это равновесие оказывают гормональные сигналы, в том числе эстроген, андрогены и пептегдный гормон лептин, извесгный благодаря своей роли в управлении аппетитом (обсудим это ниже).
По крайней мере некоторые из этих воздействий опггсредуются через влияния сигнала Т(х(В11 и ггстсюпротегерина на производство остеобластов. Циркулирующие в кровотоке гормоны затрагивают кггст и всего тела. Нс менее важны местные рычаги управления, что позволяют строить новую кость в одном месте, в то время как она рассасывается в другом. В ходе таких регуляторных ме п > роцессу перестроики, кости обладают замечательной способностью приспоса ! п ср бливать свою структуру в ответ на долгосрочные изменения в испытываемой ими нагрузке. Например, именно благодаря этой особенности становится возможной ортодонтия: стационарная сила, прилагаемая к зубу скобой, заставляет его посте- старый канал новый канал лакуны 100 мкм Рис. 23.61. Поперечный срез момпактной длинной кости в наружной ее чзсти. На микрофотографии видны очертания туннелей, которые сформированы остеокластами и затем заполнены остеобластами в ходе последовательных раундов перестройки кости Срез приготовлен с помощью метода шлифовки.
Твердый матрикс при этом сохраняется, а клетки погибают и удаляются, однако лакуны и канальцьь которые занимали остеоциты, ясно видны. Чередующиеся яркие и темные концентрические кольца соответствуют переменной ориентации волокон коллагена в последовательных слоях костного матрикса, отложенных остеобластами, которые выстилали стенку канала в течение жизни. (Данный рисунок костной сгруктуры проявился эа счет наблюдения образца при частично скрещивающихся поляриэационных фильтрах.) Обратите внимание, что более старые системы концентрических слоев кости чзстично прорезаны и заменены более новыми системами.
пенно, на протяжении многих месяцев, смещаться через челюстную кость за счет перестройки костной ткани впереди и позади него. Адаптивное поведение кг>сти подразумевает, что отложение и эрозия матрикса некоторым образом зависят от локальных механических напряжений (см. рис. 23.5б). Некоторые факты позволяк>т сделать вывод о том, что в основе такой зависимости кроется механическое напряжение в костной ткани, которое активирует путь >>у'и> в остеобластах или в остеоцитах, а тем самым регулирует в них подачу сигналов, которые управляют активностьк> остеокластов.
В случае необходимости кость может подверп>уться намного более быстрой и масштабной перестройке. Некоторые клетки, способные образовывать новый хрящ, сохраняются в соединительной ткани, окружающей кг>сть. Если кг>сть сломана, то клетки в очаге перелома восстанавливают ее за счет своего рода вг>спроизведения процесса, происходившего в зародыше: сначала закладывается хрящ для заполнения зазора, после чего он заменяется костью. Способность к самовг>сстановлению, так поразителыю присущая тканями скелета, является свойством живых структур, которое, к сожалению„не является атгрибутом современных детищ человеческой цивилизации.
23.8. Инженерия стволовых клеток 2259 Заключение Семейство клеток соединительной ткани включает в себя фибробласты, хрящевые клетки, костные клетки, жировые клетки и клетки гладкой мускулатуры. Фибробласгпы некоторых классов, ск жем мезенхимальные стволовые клетки костного мозга, по-видимому, способны превращаться в любых членов этого семейства.
Такие превращения между клетками соединительной ткани разного типа определяются составом окружающего их енеклеточного матрикса, их формой, а также гормонами и факторами роста, Хрящ и кость похожи друг на друга и состоят из клеток и твердого матрикса, который эти клетки выделяют вокруг себя: хондроциты — в хряще, а остеобласты — в кости (остеоциты — это замурованные в толще костного матрикса остеобласты). Матрикс хряща поддается деформации, так что ткань может расти в ширину, тогда как кость тверда и может расти только в результате наслаивания на нее новых клеток.
Эти две ткани имеют обгцее происхождение и тесно сотрудничают друг с другом. Так, большинсгпво длинных костей разыивается из миниатюрных хрящевых «моделей», которые во время роста служат остовами для наслоения костной ткани. Выбор клеток между двумя путями дифференцировки — в хондроциты (требуется экспрессия гена Бох9) или в остеобласты (требуется экспрессия гена Яипх2) — определяется сигнальным путем И'пб В то время как остеобласты секретируют костный матрикс, они также подают сигналы для привлечения из кровотока моноцитов, которые, становясь остеокласпгами, занимаются деградацией костного матрикса.
Остеобласты и остеоциты поддерживают равновесие между отложением и деградацией матрикса, регулируя сигналы, которые они посылают остеокластам. За счет работы клеток этих антагонистических классов кость подвергается постоянной перестройке, посредством которой она может приспосабливаться к испытываемой нагрузке и изменять свою плотность в ответ на гормональные сигналы. Более того, взрослая кость сохраняет способность восстанавливаться после переломов, прибегая к повторному включению механизмов, управляющих развитием в зародыше: клетки ы месте перелома превращаются в хрящ, который позже заменяется костью. В то время как главная функция большинстыа членов се.мейства клеток соединительной ткани состоит в секретироыании внеклеточного матрикса, жировые клетки служат хранилшцами жировых запасов.
Благодаря системе управления на основе обратной связи количество жировой ткани поддерживается на оптимальном для организма уровне: жировые клетки выделяют гормон лептин, который действует на головной мозг; его исчезновение служит сигналом, предупреждающим об опасности голодания и запускает поведение, способствующее ыосстаноелению жировых запасов до адекватного уровня. 23.8. Инженерия стволовых клеток Как мы уже видели, многие ткани организма не только самообновляются, но также и самовосстанавливаются, и зто в значительной степени — благодаря стволовым клеткам и системе механизмов обратной связи, регулирующей их поведение. Но можем ли мы там, где изобретенные матушкой-природой механизмы дают сбой, вмешаться и достичь большего? Можем ли мы найти способы получения клеток для восстановления живых тканей, которые потеряны либо повреждены болезнью или раной и оказались неспособны к самопроизвольному восстановлению? Очевидная 2260 Часть 5.
Клетки в контексте их совокупности стратегия состоит в использовании особых, связанных с развитием способностей стволовых клеток или клеток-предшественниц, из которых обычно образуются недостак>щие компоненты ткани. Но как получить такие клетки и как их пустить в дело? Все эти вопросы послужат лейтмотивом этого заключительного раздела.
23.8.1. Кроветворные стволовые клетки могут быть использованы для замены больных клеток крови здоровыми Ранее в этой главе мы рассказывали о спасении облученных смертельной дозой мышей, лишавшихся кроветворной системы, путем инъекции новых стволовых клеток, которые заселяют костный мозг и позволяют восстановить производство клеток крови.
Аналогичным образом можно лечить и больных лейкемией; после лучевой нагрузки или химиотерапии, которые проводятся с целью удаления злокачественных клеток наряду с остальной частью кроветворной ткани, можно ввести здоровые, незлокачественные кроветворные стволовые клетки, которые могут быть получены из костного мозга подходящего донора. Если донор и реципиент костного мозга отличаются генетически, то возникают проблемы иммунного отторжения, но тщательный анализ иммунологической совместимости и применение иммуносупрессантов могут решить эти проблемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
