Stamceller og regenerativ plastmedisin

I dag er få utøvere oppmerksomme på utviklingen av en ny retning i behandlingen av uhelbredelige sykdommer av tradisjonell og ikke-tradisjonell medisin. Det handler om regenerativ-plastmedisin, basert på bruk av det regenerative potensialet av stamceller. Rundt utviklingsretningen oppsto en hidtil uset vitenskapelig diskusjon og et pseudovitenskapelig skrogabaloo, i stor grad skapt av informasjonshjulet på World Wide Web. I en svært kort tid, laboratorium tester de terapeutiske mulighetene for stamceller har gått utover den eksperimentelle og har vært aktivt introdusert i medisinsk praksis som har generert mye av vitenskapelige problemer, etiske, religiøse, juridiske og lovgivende plan. Statlige og offentlige institusjoner var tydeligvis ikke klar for hastigheten på overgangen av stamceller fra petriskål til systemer for intravenøs administrasjon, noe som ikke er til nytte for både samfunnet som helhet og en bestemt lidende person. I en ufattelig mengde og kvalitet på informasjon om hvor mye av stamceller er ikke lett å forstå mulighetene og fagfolk (som det faktisk ikke, fordi alle prøver å mestre en ny trend av vitenskap i seg selv), og ikke minst legene, ikke direkte involvert i regenerativnoplasticheskoy medisin.

[1], [2], [3]

Hvorfor trenger vi slike eksperimenter og trenger de noe i det hele tatt?

Ved første øyekast er opprettelsen av cellulære interspesifikke kimærer frukten av en uhemmet fantasi av en forsker-fanatiker som har glemt bioetikk. Men dette, sterkt utvidet kunnskap om den fundamentale embryogenese, som er tillatt for telling av antall celler som kreves for organogenese (dannelse av lever, hjerne, hud, organer av immunsystemet). Også (kanskje dette er viktig i biologi hESCs), genetikk har til rådighet et unikt verktøy som på chimerization embryo kan angi funksjonelle formål av genene. For det første er den spesielle teknikken med dobbel knockout i ESC "slått av" det par gener som undersøkes. Så injiseres slike ESCer i blastocysten og overvåker endringene som forekommer i kroppen av det utviklende kimære embryoet. Således ble etablerte funksjonen gener sf-1 (utvikling av genital og binyrene), Urt-l (nyre tab) muoD (skjelettmuskelutvikling), gata-l-4 (tab erytro- og lymfopoese). I tillegg, i ESC av laboratoriedyr, er det mulig å introdusere (transfekterte) menneskelige gener som ennå ikke er studert for å bestemme deres funksjon ved hjelp av et kimærisk embryo.

Men som regel gir begrunnelsen til forsøket ved å skaffe seg ny grunnleggende kunnskap ikke støtte for et bredt publikum. La oss gi et eksempel på en anvendt verdi av chimerization ved hjelp av ESC. Først og fremst er dette xenotransplantasjon, det vil si transplantasjon av et dyrs organer til mennesker. Teoretisk gjør etableringen av humane svincellcellulære kimærer det mulig å skaffe et dyr mye nærmere i antigenegenskaper til en ESC-donor, som i ulike kliniske situasjoner (diabetes mellitus, cirrhosis) kan redde et liv for en syk person. Sannt, for dette må du først lære å returnere egenskapen til totipotency til genomet til en moden somatisk celle, hvorpå den kan bli introdusert i det utviklende grisembryoen.

Dag ESC eiendom i spesielle dyrkningsbetingelser dele i nesten ubegrenset tid anvendes for fremstilling av totipotent cellemasse med påfølgende differensiering til spesialiserte celler, for eksempel dopaminergiske neuroner, som deretter transplantert til en pasient med Parkinsons sykdom. I dette tilfelle foregår transplantasjon nødvendigvis av en rettet differensiering av den resulterende cellemasse i spesialiserte celler som er nødvendige for behandling og rensing av sistnevnte fra utifferentierte cellulære elementer.

Som det viste seg senere, var trusselen om karsinogenese ikke det eneste hinderet for celletransplantasjon. ESC spontant i embryoidlegemer differensiert heterogent, det vil si å danne derivater stort utvalg av cellelinjer (neuroner, keratinocytter, fibroblaster, endotelceller). I mikroskopets synsfelt, i dette tilfellet, blant cellene i forskjellige fenotyper, utmerker kardiomyocytter, som hver siner i sin rytme. Imidlertid, for behandling av pasienten må ha en ren populasjon av celler: neuroner - slag, kardiomyocytter - hjerteinfarkt, pankreatiske p-celler - diabetes, keratinocytter - brannsår, etc.

Det neste trinn i utviklingen av celletransplantasjon har blitt assosiert med utvikling av teknologi for å produsere en tilstrekkelig mengde (millioner celler) rent cellepopulasjoner. Søke faktorer som forårsaker rettet differensiering av hESCs, hadde en empirisk karakter som en sekvens av syntese vært ukjent i løpet av embryogenesen. For det første ble det funnet at dannelsen av plommesekken er fremkalt ved tilsetning til kulturen hESCs cAMP og retinsyre. Hematopoetiske cellelinjer som dannes når mediet 1L-3, SCF dyrking fibroblast vekstfaktor (FGH), insulinlignende vekstfaktor (IGF-1), 1L-6 og granulocytt-kolonistimulerende faktor (G-CSF). Nervesystem-celler dannet fra hESCs etter fjernelse av LIF og fibroblast lag, opptrer i materen. Etter behandling med retinsyre i nærvær av føtalt kalveserum ESK begynte å differensiere til neuroner og kardiomyocytter ble fremstilt ved tilsetning av dimetylsulfoksid (DMSO), som muliggjør målrettet avgivelse av hydrofobe signalmolekyler inn i cellekjernen. Således akkumulering i kulturmediet av reaktive oksygenforbindelser, samt elektrisk stimulering fremmet dannelse av modne kontraktile kardiomyocytter.

Store krefter og midler har blitt brukt på søket etter betingelser for differensiering av ESC til insulinproducerende pankreasceller. Men det ble snart klart at en rekke spesialiserte linjer av beta-cellene i bukspyttkjertelen celler, cellene i immunsystemet og endokrine systemer, adipocytter) ikke oppstå fra ESCs i sin stimulering på prinsippet om "one-stimulerende faktor -. En cellelinje" Dette prinsippet viste seg å være gyldig bare for et begrenset antall cellelinjer. Spesielt kan dannelsen av neuroner bli indusert av retinsyre muskelcellelinje - den transformerende vekstfaktor-β (TCP-β), erytroide linjer - 1L-6, monocytt-myeloid linje - 1L-3. Og effekten av disse faktorene på differensiering av ESC var strengt doseavhengig.

Inn i en fase av søkevekstfaktor-kombinasjoner som fremmer ESC i de senere stadier av embryogenesen å danne mesoderm (kilden til kardiomyocytter, skjelettmuskulatur, epitelial tubulus, mieloeritropoeza og glatte muskelceller), ektoderm (epidermis, nevroner, retina) og endoderm (epitelet av tynntarmen og sekretoriske kjertler, pneumocytter). Natur, da det ble tvunget forskere til å gå videre på veien til embryogenese, gjenta sine skritt i en petriskål, noe som gjør det umulig å umiddelbart og enkelt få ønsket resultat. Og slike kombinasjoner av vekstfaktorer har blitt funnet. Aktivin A i kombinasjon med TGF-β viste seg å være en potent stimulator av formasjonen fra hESCs mesodermal celler, mens den blokkerer utviklingen ento- og ektoderm. Retinsyre, såvel som et signal kombinasjon av benmarg-morfogenetisk protein (BMP-4) og epidermal vekstfaktor (EGF) er aktivert prosesser av ekto- og mesoderm-celler, stopping av utviklingen av endoderm. Intensiv vekst av celler i alle tre kimlag er observert med samtidig eksponering for ESC to faktorer - hepatocytt-vekstfaktor (NGF), og nervevekstfaktor.

Således, etter relevante cellelinjer må først overføre embryonale stamceller ved trinnet å danne noen bakterie lagsceller, og velger deretter en ny kombinasjon av vekstfaktorer i stand til å indusere differensiering av ekto- rettet, meso- og endodermal til spesialiserte celler som trengs for transplantasjon pasient. Antall kombinasjoner av vekstfaktorer i dag i tusenvis, de fleste av dem patentert, noen er ikke offentliggjort bioteknologiske bedrifter.

Det var vendingen av rensningsstadiet av de oppnådde celler fra utifferentierte celleforurensninger. Cellene differensiert i kultur ble merket med markører av modne cellelinjer og passert gjennom høyhastighets laserimmunofenotypisk sortering. Laserstrålen fant dem i en vanlig cellestrøm og rettet langs en egen bane. Det oppnådde rensede cellematerialet ble først oppnådd av laboratoriedyr. Det er på tide å evaluere effektiviteten av bruken av ESK-derivater på modeller av sykdommer og patologiske prosesser. En slik modell var eksperimentell Parkinsons sykdom, som er godt gjengitt i dyr med kjemiske forbindelser som ødelegger dopaminerge neuroner. Fordi den underliggende sykdommen hos mennesker er det overtagne underskuddet av dopaminerge nevroner, var bruken av erstatningscelleterapi i dette tilfellet patogenetisk begrunnet. Hos dyr med eksperimentell hemiparkinsonisme overlevde omtrent halvparten av de dopaminerge nevronene som ble avledet fra ESC og satt inn i hjernekonstruksjonene. Dette var nok til å redusere den kliniske manifestasjonen av sykdommen betydelig. Forsøk på å gjenopprette funksjonen av ødelagte CNS-strukturer under forsøksslag, traumer og jevn ryggmargenbrudd var ganske vellykket.

Det skal imidlertid bemerkes at nesten alle tilfeller av vellykket anvendelse av differensierte derivater av ESC for å korrigere eksperimentell patologi ble gjort i den akutte perioden av den simulerte patologiske situasjonen. De langsiktige resultatene av behandlingen var ikke så trøstende: etter 8-16 måneder forsvant den positive effekten av celletransplantasjon eller reduserte kraftig. Årsakene til dette er ganske forståelige. Differensiering av transplanterte celler in vitro eller in loco morbi uunngåelig fører til ekspresjonen av cellemarkører genetisk fremmedhet som provoserer en immunangrep ved mottagerorganismen. For å løse problemet med immunologiske inkompatibilitet bruke tradisjonell immunsuppresjon, som begynte parallelle kliniske studier for å gjennomføre transdifferensiering potensial og genetiske korrigering ikke forårsaker immunkonflikt autologe blodkreft og mesenchymale stamceller.

Hva er regenerativ-plastmedisin?

Utviklingen har identifisert to hovedalternativer for gjennomføring av cellens liv - nekrose og apoptose, som på vevsnivå svarer til prosesser for spredning og regenerering. Formeringen kan betraktes som et slags offer, ved fylling av skadet vev feil oppstår på grunn av dens erstatning med bindeelementer: å opprettholde strukturell integritet, har den kroppsdel mistet funksjonen til det påvirkede organ, som bestemmer den etterfølgende utvikling av kompenserende responser på hypertrofi eller hyperplasi strukturelle og funksjonelle elementer i den gjenværende uskadet. Lengdekompensasjon perioden avhenger av mengden av strukturelle lesjoner forårsaket av primære og sekundære faktorer endring, da i de fleste tilfeller dekompensasjon inntreffer, den skarpe forringelse og forkorting av menneskeliv. Regenerering gir de fysiologiske prosesser remodeling, dvs. Utskifting av aldring og dø på mekanismen av naturlig celledød (apoptose) av celler med nye, avledet fra stamcelle reserver av menneskekroppen. I prosesser av reparativ regenerering er også involvert ressurser stamcelle mellomrom som imidlertid blir mobilisert i patologiske tilstander assosiert med en sykdom eller vevsskade som initierer celledød av nekrotiske mekanismer.

Oppmerksomhet av forskere, leger, trykk, tv, og publikum på problemet med å studere biologi embryonale stamceller (ESCs) skyldes fremfor alt stort potensial i cellen, eller som vi kaller det, regenererende og plast behandling. Formuleringsfremgangsmåter for behandling av alvorlige sykdommer hos mennesker (degenerativ patologiske forandringer i sentralnervesystemet, hjerne og ryggmargsskade, Alzheimers og Parkinsons, multippel sklerose, myokardinfarkt, hypertensjon, diabetes, autoimmune sykdommer, og leukemier, brenne sykdommer og neoplastiske prosesser utgjør langt ikke en fullstendig liste over dem) la de unike egenskapene til stamceller, som tillater å skape nye vev i stedet for, som tidligere antatt, varig skadet vev zo En syk kropp.

Progress av teoretiske studier av biologien til stamceller i de siste 10 årene ble realisert spontant nye trender dukker opp regenerativ medisin og plast, som ikke bare er metodikken er ganske mottagelig for systematisering, men må også være slik. Det første og raskest voksende feltet for praktisk bruk av det regenerative potensialet av stamceller har blitt erstatning regenerativ-plast terapi. Hennes måte ganske enkelt spores i den vitenskapelige litteratur - fra eksperimenter på dyr med myokardial nekrose til verk av de senere år med sikte på å gjenopprette den post-infarkt i hjertemuskelceller mangel eller erstatning av tap på p-celler i bukspyttkjertel og i de dopaminergiske neuroner i sentralnervesystemet.

Celltransplantasjon

Grunnlaget for erstatning regenerativ-plast medisin er celle transplantasjon. Sistnevnte skal defineres som et kompleks av medisinske tiltak der pasientens organisme i kort eller lang tid har direkte kontakt med levedyktige celler av auto-, allo-, iso- eller xenogen opprinnelse. Midlene til celletransplantasjon er en suspensjon av stamceller eller deres derivater, standardisert ved antall transplantasjonsenheter. Transplantasjonsenheten er forholdet mellom antall kolonidannende enheter i kultur til totalt antall transplanterte celler. Metoder for å utføre celletransplantasjon: intravenøs, intraperitoneal, subkutan injeksjon av en suspensjon av stamceller eller deres derivater; injeksjon av en suspensjon av stamceller eller deres derivater i hjernens ventrikler, lymfekar eller cerebrospinalvæske.

Når allogene og autologe celletransplantasjon er to fundamentalt forskjellige tilnærminger til den metodiske gjennomføringen plyuri-, fler- eller polipo- tentnogo potensialet av stamceller - in vivo eller in vitro. I det første tilfellet, innføring av stamceller i pasientens legeme utføres uten forutgående differensiering i den andre - etter multiplikasjon i kultur, og rensing av rettet differensiering av udifferensierte celler. Blant de mange metodiske teknikker for celleerstatningsterapi metoder for tre grupper skiller seg tydelig nok: substitusjon av benmargceller og blod celler utskifting organer og vev utskifting hardt og fast legemeelementene (brusk, ben, sener, hjerteklaffer og blodårer av den kapasitive typen). Den siste linjen skal defineres som rekonstruktiv og regenerativ medisin som potensiell stamcelledifferensiering er realisert på matrisen - et biologisk inerte eller resorberbare konstrukter substituerbare formet hoveddel.

En annen måte å øke intensiteten av regenererende og plast prosesser i berørte vev er å mobilisere ressurser pasientens eget stammen legeme ved bruk av eksogene vekstfaktorer så som granulocytt-makrofag og granulocytt kolonistimulerende faktorer. I dette tilfelle er åpningen stromale bindinger fører til en økning i utbytte i den generelle sirkulasjon av hemopoietiske stamceller, som gir den sone av vevsskader regenerative prosesser på grunn av sin iboende fleksibilitet.

Således er metodene for regenerativ medisin rettet mot å stimulere prosessene for å gjenopprette den tapte funksjonen - enten ved mobilisering av sine egne stamreserver av den syke organismen eller ved å innføre allogent cellulært materiale.

Et viktig praktisk resultat av oppdagelsen av embryonale stamceller er terapeutisk kloning, basert på forståelse av utløsningsmekanismer for embryogenese. Dersom det opprinnelige signal for begynnelsen av embryogenese er et sett av pre-mRNA, som er i cytoplasma i oocyte, må innføringen av kjernen av eventuelle somatiske celler i enukleert eggcelle kjøre et program på embryoutvikling. I dag vet vi allerede at ca. 15 000 gener deltar i implementeringen av embryogeneseprogrammet. Hva skjer med dem etterpå, etter fødselen, i perioder med vekst, modenhet og aldring? Svaret på dette spørsmålet ble gitt av Dolly sauene: de er bevart. Ved anvendelse av de mest moderne metoder for forskning vist at voksne celler kjerne er under lagring av alle de koder som er nødvendige for dannelsen av embryonale stamceller, embryoniske kimlag, organogenese og begrensning av modning (utgang i differensieringen og fordypning) cellelinjer av mesenkymal, ekto-, endo- og mesodermal opprinnelse . Terapeutisk kloning som en trend har fremkommet i meget tidlige stadier av utviklingen, celletransplantasjon og sørger for retur totipotency egne somatiske celler av den syke personen å fremstille genetisk identisk transplantatmaterialet.

Oppdagelsen av stamcelle har begynt "til slutt" som et begrep brukt i biologi og medisin A. Maximov anvendt på stamceller i benmargen som gir opphav til alle de modne celleelementer av perifert blod. Men blodkreft stamceller, som alle celler i vev av en voksen organisme, også har sin egen, mindre differensiert forgjenger. En vanlig kilde for absolutt alle somatiske celler er den embryonale stamcellen. Det bør bemerkes at begrepet "embryonale stamceller" og "embryonale stamceller" er ikke identiske. Embryonale stamceller ble isolert J. Thomson fra den indre cellemasse av blastocyster og overført til en langlivet cellelinje. Bare disse cellene har faksimile "ESC". Leroy Stevens oppdaget embryonale stamceller i mus, beskrevet dem som "embryonale pluripotente stamceller", henviser til evnen til å differensiere til hESCs derivater av alle tre kimlag (ecto, meso og endoderm). Men samtidig alle cellene i embryoet de senere stadier av utviklingen er den samme stammen som gir opphav til et stort antall celler som danner kroppen av en voksen. For å definere dem foreslår vi begrepet "embryonale pluripotente stamceller".

[4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

Typer av stamceller

Ryggraden i moderne klassifisering av stamceller basert på prinsippet om et skille evne (potens) gir opphav til cellelinjer, som er definert som toti-, plyuri-, multi-, poly-, bi- og unipotency. Totipotente, dvs. Evnen til å rekonstituere en genetisk programmert legeme som en helhet, har en celle zygote, blastomeres og embryonale stamceller (den indre cellemasse av den blastocyst). En annen gruppe av totipotente celler som er dannet på de senere stadier av embryoutvikling er presentert germenativnymi primære embryoniske celler av kjønnsorganer (genital tuberkler). Pluripotency under hvilke podimayut evne til å differensiere til celler av ethvert organ eller vev, karakterisert ved embryoniske celler av tre kimlag - ekto-, meso- og endodermal. Det antas at multipotent, dvs. Evnen til å danne eventuelle celler i løpet av en dedikert linje, som er karakteristisk for bare to celletyper: såkalt stamceller, som er dannet i neuralcrest og er forløpere for alle cellene i forbindende baser i kroppen, inkludert gliaceller samt blodkreft blodkreft stamceller, som gir opphav til alle blodcellelinjer. Videre isolerte bi- og unipotent stamceller, spesielt progenitorceller av myeloid, lymfoid, monocytisk og megakaryocytic hematopoietiske bakterier. Eksistens unipotent stamceller tydelig vist i eksempelet til levercellene - tapet av en vesentlig del av levervev blir kompensert for ved intensiv skille differensierte polyploide hepatocytter.

I utviklingen av alle organer og vev er dannet som et resultat av proliferasjon og differensiering av den indre cellemasse av blastocysten, hvilke celler og er, i streng forstand, totipotente stamceller. De første studier av isolering av embryoniske stamceller ble utført Evans, som viste at blastocyster implantert i musehjerne, gir opphav teratokarsinom, hvilke celler med kloning danne linjer med pluripotente stamceller (den opprinnelige navn av cellene - embryonal carcinom-celler eller forkortelse ECC - i for tiden ikke aktuelt). Disse data ble bekreftet i flere andre studier hvor embryonale stamceller ble erholdt ved dyrkning av celler i blastocyster for mus og andre dyrearter, inkludert mennesker.

I senere litteratur er det flere rapporter om plastisitet av stamceller, som anses ikke bare som evnen av den sistnevnte til å differensiere til forskjellige celletyper på forskjellige stadier av utvikling, men også gjennomgå dedifferensiering (transdifferensiering, retrodifferentiation). Som er tillatt i prinsippet muligheten for å returnere somatiske differensierte celler på den embryonale utviklingstrinn med recapitulation (retur) pluripotency og dens implementering i den re-differensiering for å danne andre typer celler. Det er spesielt rapportert at hematopoietiske stamceller er i stand til å transdifferentiere med dannelsen av hepatocytter, kardiomyoblaster og endotelcytter.

Vitenskapelig debatt om separasjon av stamceller ved sin plastisitet fortsetter, dvs. Den terminologi og celletransplantasjon ordliste er i ferd med å dannes, har den umiddelbare praktisk betydning, siden det er på bruken av plastiske egenskaper og evnen av stamceller til å differensiere til forskjellige cellelinjer etablert fleste metoder regenerativnoplasticheskoy medisin.

Antall publikasjoner innen grunnleggende og anvendte problemer med regenerativ og plastmedisin vokser raskt. Utvalget av ulike metodologiske tilnærminger rettet mot optimal utnyttelse av det regenerative-plastiske potensialet av stamceller er allerede skissert. Zone av sine vitale interesser bestemmes kardiologer og endokrinologer, nevrologer og nevrokirurger, transplantasjon kirurger og Hematologer. Plast mulighetene for stamceller søke en løsning på det akutte problemer øyeleger, TB leger, lungespesialister, nephrologists, onkologer, genetikere, barneleger, gastroenterologer, indre og barneleger, kirurger og fødselslege-gynekologer - alle representanter for moderne medisin håper å få muligheten for helbredelse er fortsatt betraktet som en dødelig sykdom.

Er celletransplantasjon en annen "panacea" fra alle sykdommer?

Dette spørsmålet oppstår med rette blant alle leger og forskere som er gjennomtenkte og analyserer dagens medisinske tilstand. Situasjonen er komplisert av det faktum at på den ene siden av vitenskapelig konfrontasjon er det "sunne konservative" på den annen side - "syke fanatikere" av celletransplantasjon. Åpenbart ligger sannheten, som alltid, mellom dem - på et "ingen manns land". Uten å berøre saker av lov, etikk, religion og moral, la oss vurdere fordelene og ulemperne ved de angitte områdene regenerativ og plastmedisin. Den "lyse brisen" fra de første vitenskapelige rapportene om ESCs terapeutiske muligheter allerede et år etter at de ble funnet, ble til en "vindkast", som ble vriet i 2003 i "informasjonstornado". Den første serien av publikasjoner vedrørte dyrking av embryonale stamceller, deres multiplikasjon og rettet differensiering in vitro.

Det viste seg at for ubegrenset reproduksjon av embryonale stamceller i kultur, må en rekke forhold følges nøye. Det kondisjonerte medium må være tilstede tre faktorer: interleukin-6 (IL-6) og stamcellefaktor (SCF) og leukemi-inhiberende faktor (LIF). I tillegg må embryonale stamceller bli dyrket på substratet (matelag celler) av føtale fibroblaster i nærvær av føtalt kalveserum. Under disse forhold vokser ESC i kulturen kloner og danner embryoidlegemer - aggregater av suspensjonskloner av globulære celler. Den viktigste funksjonen klone av ESC er at i kulturen embryoid kroppen slutter å vokse når akkumulering i enheten 50-60, maksimalt 100 celler. I løpet av denne perioden, kommer det en likevektstilstand - frekvensen av celledeling inne i klon er hastigheten av apoptose (programmert celledød) i sin periferi. Etter å ha nådd en slik dynamisk likevekts perifere embryoid kroppsceller undergår spontan differensiering (vanligvis med dannelse av fragmenter endoderm av plommesekken, endotelceller og angioblasts) med tap av totipotency. Derfor, for å oppnå et tilstrekkelig antall av totipotent embryoniske cellemasse kroppen skal deles opp ukentlig med en overføringsenhet av embryonale stamceller til en ny yngleplass - en prosess ganske arbeidskrevende.

Oppdagelsen av embryonale stamceller har ikke gitt et svar på spørsmålet om hva og hvordan det utløser embryogenese program kodet i DNA av zygoten. Det er fortsatt uklart hvordan genets program utfolder seg i menneskelivets prosess. Samtidig, har studier av embryonale stamceller lov til å utvikle konseptet med mekanismene for bevaring toti-, plyuri- og multipotente stamceller i sin divisjon. Hovedkarakteristikken for stamcellen er dens evne til selvgjengivelse. Dette betyr at en stamcelle, i motsetning til differensiert fordelt asymmetrisk, en av dattercellene gi opphav til spesialiserte cellelinje, mens det andre holder toti-, plyuri- eller multi genom. Det forble uklart hvorfor og hvordan denne prosessen foregår ved de tidligste stadiene av embryogenesen, når dividere den indre cellemasse tam stotsisty hele er det totipotente, og ESC genomet er i dormantnom (søvn, låst) tilstand. Hvis nødvendigvis går forut for aktivering og ekspresjon av et helt kompleks av gener, ved å dividere ESC det ikke skjer under normale celledelingen prosess duplikasjoner. Svaret på spørsmålet "hvorfor" ble mottatt etter oppdagelsen av pre-eksisterende ESCs i mRNA (pre-mRNA), hvorav en del er utformet med i follikkelcellene og blir opprettholdt i cytoplasma av egget og zygote. Den andre oppdagelsen besvarte spørsmålet "hvordan": i ESC ble det funnet spesielle enzymer, kalt "editase". Edithaser utfører tre hovedfunksjoner. Først gir de en alternativ epigenetisk (uten involvering av genomet) lesing og duplisering av pre-mRNA. For det andre, er prosessen med å gjennomføre aktiveringen av pre-mRNA-er (spleising - fjerning av introner, dvs. Inaktive områder RNA som inhiberer proteinsyntese på mRNA), som etter at cellen begynner montering proteinmolekyler. For det tredje, editazy fremme dannelsen av sekundære mRNA er repressorer av genekspresjon mekanismer som opprettholder en tett pakning av kromatin og inaktive gener. Proteinprodukter syntetisert på slike sekundære mRNAer og kalt protein-lyddemper eller genomiske voktere er tilstede i humane ovler.

Dette er hvordan mekanismen for dannelse av immortale cellelinjer av embryonale stamceller er representert i dag. Enkelt sagt, signalet til å starte embryogeneseprogrammet, hvis innledende trinn består i dannelsen av totipotent-cellemasse, kommer fra cytoplasma til eggcellen. Dersom det på dette stadiet den indre cellemasse av blastocysten, blir dvs. ESC isolert fra flere regulatoriske signaler, oppstår celle selv gjengivelse prosess i et lukket kretsløp uten genene til cellekjernen (epigenetiske). Hvis vi gir en slik celle med næringsstoffer og isolerer det fra eksterne signaler som fremmer differensiering av cellemassen, vil den dele og reprodusere seg selv uendelig.

De første resultater av eksperimentelle forsøk på å anvende totipotente celler for transplantasjon viste seg å være ganske imponerende, med innføring av embryonale stamceller i vevet i 100% av musene med immunsystemene svekket immunodepressorami tilfeller fører til tumorutvikling. Blant neoplastiske celler som var kilden til ESCs differensierte derivater oppfylles eksogen totipotent cellemateriale, særlig nerveceller, men reduserte veksten av teratokarsinom verdi av resultatene til null. På samme tid, av L. Stevens, ESK føres inn i bukhulen, for dannelse av store aggregater i hvilke fragmenter dannet embryonale muskel, hjerte, hår, hud, ben, muskler og nervevev. (Kirurger som åpnet dermoidcyster, dette bildet skal være kjent). Det er interessant at suspenderte musembryoblastceller oppfører seg på nøyaktig samme måte: deres introduksjon i voksent vev av immunkompromitterte dyr fører alltid til dannelse av teratokarcinomer. Men hvis en klar linje med ESC er isolert fra denne svulsten og satt inn i bukhulen, blir det igjen dannet spesialiserte somatiske derivater av alle tre embryoniske ark uten tegn på karsinogenese.

Dermed var det neste problemet som måtte løses, rensingen av det cellulære materialet fra urenheter av utifferentierte celler. Selv med svært høy effektivitet av rettet celledifferensiering beholder opptil 20% av cellene i kulturen sitt totipotentpotensial, som in vivo dessverre realiseres i tumorvekst. Et annet "slangeskudd" av naturen - på skalaene av medisinsk risiko skal garantien for gjenoppretting av pasienten balansere med garantien for hans død.

Forholdet mellom tumorceller og de mer avanserte i utviklingen enn embryonale pluripotente stamceller (EECC) er veldig tvetydig. Våre resultater viste at innføringen EPPK i forskjellige transplanterte tumorer hos rotter kan føre til nedbryting av tumorvevet (T), en rask økning i tumorvekt (E) og dets reduksjon (E-3), eller ikke påvirke dimensjonene av spontan sentral fokal nekrose Neoplastisk vev (I, K). Det er åpenbart at resultatet av interaksjonen mellom EKPK og tumorceller bestemmes av det totale settet av cytokiner og vekstfaktorer produsert av dem in vivo.

Det er bemerkelsesverdig at den embryonale stamceller karsinogenese i respons til kontakt med vevet til en voksen organisme, helt assimilert til cellemassen av embryoet, bygges i alle organer til fosteret. Slike kimærer, som består av egentlige embryonale celler og donor-ESC, kalles allofene dyr, selv om de faktisk ikke er fenotypiske kimærer. Maksimal cellechimerisering ved innføring av ESC i tidlig embryo gjennomgår et hematopoietisk system, hud, nervevev, lever og tynntarmen. Saker av kimerisering av kjønnsorganer er beskrevet. Den eneste uberørte sone for ESA var de primære kjønnceller.

Det vil si at embryoen lagrer foreldrenes genetiske informasjon, som beskytter renheten og fortsettelsen av både slekt og arter.

De blokade divisjons tidlige embryoceller ved administrering av tsitoklazina embryonale stamceller inn i en blastocyst fører til utvikling av embryoet, hvor de primære kjønnsceller, i likhet med alle de andre, ble dannet fra donor embryonale stamceller. Men i dette tilfellet er selve embryoet helt donor, genetisk fremmed til organismen til surrogatmoren. Mekanismene i en slik naturlig blokk med den potensielle muligheten for å blande egen og utenlandsk arvelig informasjon er ennå ikke blitt avklart. Det kan antas at i dette tilfelle er et apoptoseprogram implementert, hvis determinanter ikke er kjent.

Det bør bemerkes at embryogenese av dyr av ulike arter aldri enige: gjennomføringen av donor program organogeneseperioden i kroppen til mottakeren embryo heterologe embryonale stamceller dreper embryoet i livmoren og resorbert. Derfor eksistensen av kimærer "rotte-mus", "pig-ku", "Rat Man" skal forstås som en celle, men ikke den morfologiske mosaicism. Med andre ord, er innføringen av ESC én type pattedyr blastocyst annen form alltid i utvikling avkom av den overordnede arter, som blant sine egne cellelegemene er funnet nesten alle inneslutninger og noen ganger klynger av strukturelle og funksjonelle enheter, som består av et genetisk fremmed materiale avledet hESCs. Vi kan ikke godta begrepet "humanisert naya gris "som en betegnelse av et bestemt monster utrustet med grunn eller ekstern tegn på en person. Dette er bare et dyr, en del av cellene i kroppen som kommer fra grisene fra de menneskelige ESCene injisert i blastocysten.

Utsiktene til å bruke stamceller

Det har lenge vært kjent at sykdommer forbundet med hematopoetiske celler genopatologiey og lymfoide linjer er ofte elimineres etter allogen benmargstransplantasjon. Substitusjon egen hematopoietisk vev til normale celler genetisk relatert donor fører til delvis, og noen ganger total utvinning av pasienten. Blant de genetiske sykdommer som behandles med allogen benmargstransplantasjon, bør det bemerkes syndrom, kombinert immunsvikt, X-bundet agammaglobulinemi, kronisk granulomatose, Wiskott-Aldrich syndrom, Gauchers sykdom og Harlera, adrenoleukodystrofi, metakromatisk leukodystrofi, sigdcelleanemi, thalassemi, anemi Fanconi og AIDS. Det største problem ved anvendelse av allogen benmargstransplantasjon i behandlingen av sykdommer forbundet med valget av HbA kompatible beslektet donor, et vellykket søk som må i gjennomsnitt 100000 Prøvene ble type donor hematopoietisk vev.

Genterapi gjør det mulig å korrigere den genetiske defekten direkte til hematopoetiske stamceller hos en pasient. I teorien genterapi gir de samme fordeler i behandling av genetiske sykdommer i det hematopoetiske systemet, og at allogen benmargstransplantasjon, men uten alle mulige immunologiske komplikasjoner. Dette krever imidlertid en teknikk som gjør det mulig å effektivt utføre hele genet i hematopoetiske stamceller og for å opprettholde det nødvendige nivå av dets ekspresjon, noe som for visse typer av arvelige sykdommer kan ikke være meget høy. I dette tilfelle, til og med en liten etterfyllingsmangelfull genproteinproduktet gir en positiv klinisk effekt. Spesielt hemofili B for gjenvinning av den indre mekanisme av blodkoagulasjonen er tilstrekkelig 10 til 20% av normalnivået av faktor IX. Den genetiske modifikasjon av autolog celle materialet har vært vellykket i eksperimentell gemiparkinsonizme (unilateral ødeleggelse av dopaminergiske neuroner). Transfeksjon av rotte-embryofibroblaster med en retroviral vektor inneholdende tyrosin-hydroksylase-genet dopaminsyntese i CNS: intracerebral administrering transfekterte fibroblaster dramatisk redusert intensitet av de kliniske manifestasjoner av eksperimentell modell for Parkinsons sykdom hos forsøksdyr.

Etter hvert som bruken av stamceller for genterapi av menneskelige sykdommer har satt mange nye utfordringer for klinikere og forskere. Problematiske sider ved genterapi er forbundet med utvikling av en sikker og effektiv transport system gen i målcellen. For tiden, er effektiviteten av genoverføring i store pattedyrceller meget lav (1%). Metodisk løses dette problemet på forskjellige måter. In vitro genoverføring er transfeksjon av genetisk materiale inn i en pasients celler i kultur, og deres etterfølgende retur til pasienten. Denne tilnærmingen bør tas i betraktning optimalt ved bruk av gener innført i benmargstamceller, ettersom overføringsmetoder hematopoietiske celler av organismen i kultur og tilbake tilstrekkelig godt utviklet. I de fleste tilfeller er genoverføring til hematopoetiske celler in vitro benyttes retrovi-nivåer. Men de fleste av hematopoetiske stamceller er i ro, noe som gjør det vanskelig å transportere den genetiske informasjon ved hjelp av retrovirus, og krever nye måter for effektiv transport av gener i stamceller dormantnye. I øyeblikket slike metoder for genoverføring, transfeksjon, direkte mikroinjeksjon av DNA inn i celler, lipofeksjon, elektroporering, "genpistol", en mekanisk forbindelse ved hjelp av glassperler, transfeksjon hepatocytt-reseptor-forbindelse av DNA med asialoglycoproteins, og aerosol administrering av transgenet i alveolar celle epitel av lungene. Effektiviteten av DNA-overføring ved disse metodene er 10,0-0,01%. Ordet andre, avhengig av metoden for administrering av genetisk informasjon, kan suksess kan forventes i 10 pasienter av 100, eller i en pasient fra 10 pasienter LLC. Det er åpenbart at en effektiv og på samme tid, den sikreste metode for terapeutisk genoverføring har ennå ikke utviklet.

En fundamentalt annerledes løsning på problemet med avvisning av allogene cellematerialet i celletransplantasjon er anvendelsen av høye doser av embryonale pluripotente forløperceller for å oppnå effekten reinstalle kontroll antigen homeostasen av voksen (effekt Kukharchuk-Radchenko-Sirman), hvor essensen ligger i induksjon av immunologisk toleranse ved å skape en ny base immunkompetente celler mens omprogrammering av det antigene hjemmekontrollsystemet stasis. Etter høye doser EPPK siste fiksert i vevet i thymus og benmarg. I thymus EPPK påvirket spesifikk mikro differensiere til dendrittiske, interdigitatnye celler og epitel-stromal elementer. Under differensiering EPPK i thymus til mottakeren, sammen med de egne molekyler hovedhistokompatibilitetskompleks (MHC) uttrykt MHC-molekylene som er genetisk bestemt i donorceller, det vil si, det er satt en dobbel standard-MHC-molekyler på hvilken det er realisert en positiv og negativ seleksjon av T-lymfocytter.

Således effektoren koblingen oppdatere mottagerens immunsystemet i kroppen skjer ved hjelp av kjente mekanismer av positiv og negativ seleksjon av T-lymfocytter, men gjennom en dobbel standard MHC molekyler - mottakeren og donor EPPK.

Omprogrammering av immunsystemet ved EPPK ikke bare gjør det mulig for celletransplantasjon uten ytterligere forlenget bruk av immunosuppressive medikamenter, men også åpner for helt nye perspektiver for behandling av autoimmune sykdommer, samt gir et fotfeste for utvikling av nye ideer på prosessen med menneskelig aldring. For vår forståelse av aldringsmekanismer foreslo teorien om uttømming av stilk områder av kroppen. I henhold til den grunnleggende posisjonen av teori, er aldring en permanent nedbygging stilk mellomrom organisme, med hvilket menes et basseng av regional ( "voksen"), stamceller (mesenchymale, neuronal, hematopoietiske stamceller, forløperceller i huden, fordøyelseskanalen, endokrine epitel, pigmentceller ciliare folder og al.), celletap gi deg passende vev-omforming prosess i kroppen. Ombygging av kroppen - denne oppdateringen cellulære sammensetnin av vev og organer på grunn av stamcelle plass, som fortsetter gjennom hele levetiden til en flercellet organisme. Antallet av stamceller i mellomrommene blir bestemt genetisk, som bestemmer de størrelsesbegrensninger (formeringsevne) av hver hjernestammen plass. I sin tur, stilk størrelser bestemme frekvensen av aldring av mellomrommene av enkelte organer, vev og organsystemer. Etter uttømming av stamcelle reserve mellomrom intensitet og hastighet av aldring en flercellet organisme bestemt av mekanismene for aldring somatiske celler differensieres inne i Hayflick grense.

På scenen av postnatal ontogeni kan utvidelsen av stammen ikke bare øke varigheten betydelig, men også forbedre livskvaliteten ved å gjenopprette kroppens remodeling potensial. For å oppnå ekspansjon av stamceller mellomrom kan oppnås ved administrering av store doser av allogene pluripotente embryonale stamceller som følger samtidig omprogrammere mottakerens immunsystem, som i forsøket øker levetiden for eldre mus betraktelig. 

Teorien om uttømming av stammeområder kan endre eksisterende konsepter, ikke bare om aldringsmekanismer, men også om sykdommen, samt konsekvensene av den medisinske cytotoksiske behandlingen. Spesielt kan sykdommen utvikle seg som et resultat av cellens patologi i stammeområder (onkopatologi). Nedbryting reserve av stamceller gir omdannelse av bindevev som resulterer i at utseendet av ytre tegn på aldring (rynker, hud slapphet, cellulitt). Utsletting av stammenes reserve av endotelceller forårsaker utvikling av arteriell hypertensjon og aterosklerose. I utgangspunktet bestemmer den lille størrelsen på thymus-stammen sin tidlige permanent alder-involusjon. For tidlig aldring er en konsekvens av den første patologiske reduksjonen i størrelsen på alle stammene i kroppen. Narkotika- og ikke-farmakologisk stimulering av stamcellereserver forbedrer livskvaliteten ved å redusere varigheten, da det reduserer størrelsen på stammeområder. Den lave effektiviteten til moderne geroprotektorer skyldes deres beskyttende effekt på den aldrende differensierte somatiske cellen, og ikke på kroppens stammeområder.

Til sammen konkluderer vi igjen at vi regner med at regenererende plastmedisin er en ny retning i behandlingen av menneskersykdommer, basert på bruk av stamceller med regenerativ-plastpotensial. Således i henhold til plastisitet refererer til evnen av eksogene eller endogene stamceller implantert og gi opphav til nye spesialiserte celle spirer i de skadede vev deler av pasientens kropp. Objektgenerator-plast medisin - langt uhelbredelig dødelig sykdom hos mennesker, arvelig abnormitet, sykdom for hvilken konvensjonell medisin oppnås bare symptomatisk virkning, så vel som anatomiske defekter i kroppen, som er rettet mot å gjenopprette rekonstruktivnoplasticheskaya regenerativ operasjon. De første forsøkene på å gjenskape hele og dermed funksjonelt komplette organer fra stamceller, etter vår mening, er det for tidlig å gjøre i et eget område med praktisk medisin. Emnet for regenerativ og plastisk medisin er stamceller, som, avhengig av kilden til deres produksjon, har et annet regenerativt plastpotensial. Metoden for regenerativ-plastmedisin er basert på transplantasjon av stamceller eller deres derivater.