Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 475
Текст из файла (страница 475)
23.8.б. Эмбриональные стволовые клетки можно использовать для «изготовления» любой части тела В то время как стволовые клетки взрослых тканей млекопитающего, по всей видимости, весьма ограничены в своих возможностях, имеющиеся у млекопитаю1цих стволовые клетки другого типа необычайно разносторонни. Как описано в главах 8 и 22, можно взять ранний эмбрион мыши на стадии бластоцисты и в клеточной культуре получить из него стволовые клетки особого класса, называемые эмбриональными стволовыми клетками (ешЬгуоп1с зсеш се11з) и обозначаемые ЭС, или ЕЯ, клетками (были описаны ранее в главе 22). ЕЯ клетки могут продолжать разрастаться в культуре неограниченно долго и при этом сохранять неограниченный дмпутдция 25-й день 0-й день Рис.
23.67. Регенерация конечности саламандры. Постадийная регенерация конечности аксолотля из культи на уровне плечевой кости В последовательности представлены следующие стадии регенерации: заживление раны, дедифференциравка, бластема и повторная дифференцировка.
Полное время отмеченных событий приблизительно равно 20-30 дням. (Изображение любезно предоставили 5шап Вгуапт и Пачш бапйпег.) потенциал развития. Если ЕЯ клетки поместить обратно в бластоцисту, они вклю чаются в тело зародыша и дают начало тканям и клеткам всех типов, необходимых для построения тела, в том числе и зародышевым клеткам, то есть ведут себя как полноценные плюрипотентные клетки. 11роцесс развития организма можно рас сматривать как последовательность решений, осуществляемых клетками по мере их продвижения по пути от оплодотворенного яйца к окончательной дифференцировке. Вполне очевидно, что после длительного пребывания в культуре ЕЯ клетка и ее потомство по прежнему могут воспринимать управляющие сигналы на развилках дифференцировки и реагировать на них так же, как и нормальные эмбриональные клетки.
Однако если ЕЯ клетки внедряют непосредственно в зародыш на более поздних стадиях его развития или даже во взрослую ткань, то они не проходят всех надлежащих стадий дифференцировки; в таком случае их дифференцировка не управляется должным образом, и они нередко дают начало опухолям.
В настоящее время из ранних эмбрионов человека и их эмбриональных клеток плода человека могут быть получены клетки со свойствами, аналогичными свой ствам ЕЯ клеток мыши, они могут быть использованы для создания теоретически неисчерпаемого источника клеток, которые можно было бы использовать для замены и ремонта всех человеческих тканей в случае их повреждения. Хотя многие высказывают сомнения в этичности использования эмбрионов человека, не стоит закрывать глаза на возможности, открываемые перед нами этими технологиями. Хотя скорее всего мечты о выращивании целых органов из ЕЯ клеток путем воспроизводства эмбрионального развития так и останутся только мечтами, эксперименты на мышах позволяют утверждать, что в будушем у нас появится возможность использовать ЕЯ клетки для замены скелетных мышечных волокон, которые вырождаются у жертв мышечной дистрофии; нервных клеток, которые умирают 2266;,;,-'Чаеттб О.,йягвтгКИтВ.КО(тттиКСгтЕ-ИКгСОВОК((ПНОСтй у пациентов с болезнью 11аркинсона; выделяющих инсулин клеток, которых не достает у страдающих диабетом 1 типа; клеток сердечной мышцы, которые гибнут во время инфаркта, и так далее.
Если ЕЯ клетки предстоит использовать для такого рода восстановления тка ней, то сначала нужно будет направлять их дифференцировку по требуемому пути развития. Путем обработки соответствующими комбинациями сигнальных белков и факторов роста выращиваемые в культуре ЕЯ клетки можно заставить диффе ренцироваться в клетки самых разных типов (рнс. 23Л(8).
Например, их можно использовать для получения нейросфер н нейральных стволовых клеток. Нейраль ные стволовые клетки, полученные из ЕЯ клеток мыши, как и те, что получены из мозговой ткани, могут быть имплантированы в мозг взрослой мыши, где они диффе ренцируются в нейроны и глиальные клетки. Если реципиенту недостает формирую. щих миелиновую оболочку олигодендроцитов, то пересаженные предшественницы олигодендроцитов, полученные из ЕЯ стволовых клеток, могут компенсировать их нехватку и одеть миелиновыми покровами аксоны, которые их лишены. 23.8,7. Пациент-слецифичньее Е$ клетки могут реенить лроблему иммунного отторнсения Прежде чем ЕЯ клетки можно будет аффективно исполыювать для восстанов ления тканей у человека, ученым предстотп решить множество проблем. Одной ретиноееая кислота инсулин, гормон шитовидной железы адипоцит клетки внутренней клеточной массы .
днепров крофаг культивируем ранний эмбрион амбриональн (бластоциста) ствоповые клетки клетка гладкой мускулатуры астроциты и олигсдендроциты Рис. 23.68. Получение дифференцированных клеток из Е5 клеток мыши в культуре. Е5 клетки, полученные из раннего эмбриона мыши, можно сколь угодно долго культивировать в виде одноклеточного слоя или позволить этим клеткам образовывать скопления, называемые эмбриоидными тельцами, в которых они начинают специализироваться. Клетки из таких амбри он оподобных телец, культивируемых в средах с добавлением разных факторов, можно заставить дифференцироваться разными способами.
(Схема составлена по мотивам Е. Гцсьз апд 1 А. 5ехге, Се/! 100:143-155, 2000. С любезного разрешения издательства Е(зеыег.1 23.8. Инженерия стволовых клеток 22бу из наиболее серьезных проблем, ограничивающих применение ие только Е8, ио также и стволовых клеток взрослого организма, является иммуииое отторжение. Если клетки данного генотипа, полученные из Е8 клеток, пересадить генетически отличающемуся индивиду, то пересаженные клетки, скорее всего, будут отторгнуты иммунной системой как чужеродные. Для трансплантации таких органов, как почка и сердце, разработаны способы, позволяющие обойти эту проблему, например, с помощью иммуиосупрессоров, однако зти методы далеко ие идеальны.
Чтобы полностью избежать иммунологических проблем, нужно пересаживать такие клетки, которые были бы генетически идентичны клеткам реципиента. В связи с этим возникает вопрос можно ли искусственно получать Е8 клетки с тем же генотипом, что и у пациента, нуждающегося в пересадке? Как показано в главе 8, один из возможных путей -- перенос ядер соматических клеток. В ходе этой процедуры, пока еще ие применимой к человеку, несмотря иа некоторые обнадеживающие успехи, ядро из яйцеклетки донора — а ей может быть любая женщина — заменяется иа ядро из соматической клетки пациента. Из этого гибридного ооцита может быть получена бластоциста, а из бластоцисты — Е8 клетки, которые будут содержать ядерный геном пациента и должны, в принципе, быть пригодны для пересадки без риска иммунного отторжения.
Однако, несмотря иа кажущуюся легкость, эта процедура довольно трудна и далека от той стадии, иа которой ее можно было бы использовать для лечения. Было бы проще, если бы мы могли создать стволовоподобиую клетку из соматических клеток самого пациента, управляя экспрессией генов более прямым способом. 11ервый шаг иа пути к этой цели — идентифицировать ключевые особеииости характера ЕБ клеток — основные регуляториые белки, определяющие эти свойства.
Сравнительные исследования по биохимии Е8 клеток с клетками других типов позволили выявить небольшой круг кандидатов иа эту роль. Эти белки могут быть проверены путем ввода конструкций для экспрессии соответствующих генов в дифференцированные клетки типа фибробластов, которые можно вырастить в культуре. Комбинация из четырех регуляториых белков (ОсГЗ,'4, Бох2, Мус и К114)" способна превращать фибробласты в клетки с ЕБ-подобными свойствами 6Р8, от англ.
1пбпсеб р!пг1роГепГ зГегп се!1з), включая способность дифференцироваться различными способами. Эффективность этого превращения ничтожно мала — лишь малая доля фибробластов, содержащих эти траисгеиы, превращается в 1РБ; к тому же 1Р8 клетки отличаются от истинных ЕБ клеток существенным образом. Тем ие менее эти эксперименты показывают, что такой подход тоже может быть перспективен. 23.8.8.
Еб клетки можно использовать для поиска лекарственных препаратов и изучения причин болезни Хотя трансплантация клеток, полученных из Е8 клеток, для лечения болезней человека пока еще кажется делом отдаленного будущего, существуют и другие области применения Е8 клеток, где их уникальные свойства могут быть использованы уже сегодня. Например, их можно использовать для получения больших однородных популяций дифференцированных клеток определенного типа; последние, в свою з Набор из четырех траискрипшюииых факторов Остз/4, аох2, Мус и КЦ4, способиый перепрограммировать дифференцированные клетки в стаоловые, получил название «квартет Яманаки», в честь открывшего его японского ученого. В настоящее время описан ряд других наборов, перепрограммирующих клетки в стволовые, например, «квартет Томсона»: Ост4, Вох2, Ып2З и Мапоя. — Прим.
ред. 22б8 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности очередь, могут применяться для проверки эффектов большого числа химических соединений в поиске новых лекарств, действующих на клетки человека определенного генотипа. Более того, аналогичные описанным выше методы могут позволить создаватыРЯ клетки, содержащие геномы пациентов, страдающих от какого-либо генетического заболевания, и также использовать эти специфические для данного пациента стволовые клетки для поиска лекарств для лечения данного расстройства.
Такие клетки могут использоваться и для изучения самого механизма развития этой болезни. А на фундаментальном уровне манипуляции с ЕБ клетками в культуре должны помочь нам приоткрыть хотя бы некоторые из многочисленных тайн биологии стволовых клеток. Нам предстоит решить серьезные этические проблемы и преодолеть огромные технические трудности, прежде чем использование стволовых клеток в медицине войдет в повседневную практику и даст ученым уникальный инструмент, о котором сегодня можно только мечтать. Но так или иначе, клеточная биология начинает понемногу открывать нам новые возможности для усовершенствования и без того уникальных механизмов репарации тканей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
