Гемопоэтические стволовые клетки (литературный обзор).

Гемопоэтические стволовые клетки (литературный обзор).
ГКП на ПХВ «Центр крови»
Врач-лаборант банка стволовых клеток
Заведующая банком стволовых клеток
Заведующая лабораторией HLA
Рамильева И.Р.
Оспанова М.Е.
Турганбекова А.А.
Трансплантация аллогенных гемопоэтических стволовых клеток
(ГСК) в последние годы стала важным компонентом лечения многих
гематологических заболеваний, врожденных нарушений иммунной
системы, наследственных анемий, некоторых болезней обмена и
злокачественных новообразований /Thomas E.D., 1990; Афанасьев
Б.В. и соавт. 1994; Bensinger W. et al., 1995; Schmitz N. et al., 1995;
Савченко В.Г. и соавт. 1996; Румянцев А.Г., 1996; Птушкин В.В.,
1997; Rubinstein P., 1999; Gluckman E., 2004/;
Термин "стволовая клетка" Максимов А. А. предложил еще в 1908
году, чтобы объяснить механизм быстрого самообновления клеток
крови. Он выступил с новой теорией кроветворения в Берлине на
съезде гематологов. Именно этот год можно по праву считать началом
истории развития исследований стволовых клеток! / Слободянин В.В.,
2005 , Современные подходы к клеточным технологиям.— Иванов А.
А., Гладских О. П., Кузнецова А. В./
Гемопоэтическая
стволовая
клетка
(ГСК)
–
это
недифференцированная клетка, способная к самовоспроизведению и
дифференцировке в любую клетку крови и иммунной системы. В
отличие от ГСК клетки – предшественники последующих этапов
развития коммитированы в определенные линии дифференцировки и
не обладают способностью к бесконечному самовоспроизведению. У
взрослого человека стволовые клетки обнаружены среди «зрелых»
клеток различных тканей и органов, способны самообновляться, а
также
дифференцироваться
в
большое
количество
специализированных типов клеток тканей и органов. Это стало
известно в 1990-х г.г., когда ученые обнаружили, что головной мозг
взрослого человека содержит также и стволовые клетки, способные
давать начало трем основным типам клеток головного мозга.
Стволовые клетки организма взрослого человека обычно развиваются
в клетке тех тканей, в которых они находятся. Однако в большом
количестве экпериментов за последние несколько лет доказано, что
стволовые клетки одной ткани способны давать начало различным
типам клеток других тканей. Этот феномен известен как пластичность
стволовых клеток. /авторский коллектив «Заготовка гемопоэтических
стволовых клеток »: М., 2007, с.7; Алберт Б., Брей Д., Льюс Дж., и др.
– Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд., М75 перераб. и
доп. Т-3. пер с анг. – М.: Мир, 1994., ил.; Владимирская Е.Б.,
Майорова О.А., Румянцев С.А., Румянцева А.Г. «Биологические
основы и перспективы терапии стволовыми клетками». – М.:
Медпрактика – М, 2005./
У стволовых клеток есть две важные особенности, отличающие их от
клеток всех других типов. Во-первых, это неспециализированные
клетки, способные в течение долгого времени самообновляться путем
деления.
Во-вторых,
определенные
физиологические
или
экспериментальные условия могут вызвать их превращение в
специализированные клетки – например, в кардиомиоциты (клетки
сердечной мускулатуры) или в вырабатывающие инсулин клетки
поджелудочной железы. В эмбриональном развитии эти клетки дают
начало всему человеческому организму. Во взрослом организме
стволовые клетки являются одним из механизмов восстановления и
обновления некоторых клеток и тканей. /Ethical Issues in Human Stem
Cell Research. NBAC, Rockville, Maryland: January 2000., ‘Stem Cell
Debate Expected to Intensify’, by Katrina Woznicki. Medline Plus, Dec.
28, 2001/
Стволовые клетки на протяжении всей жизни человека обновляют его
ткани и восстанавливают нормальную функцию органов. Самое
главное свойство стволовой клетки состоит в том, что генетическая
информация, заключенная в её ядре, находится как бы в "нулевой
точке" отсчета. Дело в том, что все неполовые клетки живых
организмов (соматические клетки) дифференцированы, то есть
выполняют какие-либо специализированные функции: клетки костной
ткани формируют скелет, кровяные - отвечают за иммунитет и
разносят кислород, нервные - проводят электрический импульс. А
стволовая клетка еще не "включила" механизмы, определяющие её
специализацию. В "нулевой точке" её геном ещё не "запустил" ни
одной программы и, что особенно важно, не начал выполнять
программу размножения. /Слободянин В.В., 2005, Stem cell research
runs into roadblocks’, by Raja Mishra. Knight Ridder/Tribune Business
News, May 14, 2002./
Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные
клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут
делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют
ограниченное количество циклов деления.
Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят
несколько стадий. В результате, в организме имеется ряд популяций
стволовых клеток различной степени зрелости. В нормальном
состоянии, чем более зрелой является клетка, тем меньше вероятность
того, что она сможет превратиться в клетку другого типа. Но всё же
это возможно благодаря феномену трансдифференцировки клеток
(англ. Transdifferentiation) /Патофизиология крови. Шифман
Ф.Дж.,2000./
ДНК во всех клетках одного организма (кроме половых), в том числе
и стволовых, одинакова. Клетки различных органов и тканей,
например, клетки кости и нервные клетки, различаются только тем,
какие гены у них включены, а какие выключены, то есть
регулированием экспрессии генов, например, путем метилирования
ДНК. Фактически, с осознанием существования зрелых и незрелых
клеток был обнаружен новый уровень управления клетками. То есть,
геном у всех клеток идентичен, но режим работы, в котором он
находится – различен./ Руководство по гематологии. Том 3 Воробьёв
А.И.Раздел: Гематология., 2005; Патофизиология крови. Шифман
Ф.Дж.,2000./
Определенные виды стволовых клеток взрослого человека способны
дифференцироваться в целый ряд различных типов клеток при
определенных условиях. Выделяют четыре типа стволовых клеток,
которые разделены на категории в зависимости от их способности к
дифференцировке в различные типы клеток: тотипотентные
стволовые
клетки
(имеют
наибольшую
способность
к
дифференцировке),
плюрипотентные
стволовые
клетки,
мультипотентные и унипотентные стволовые клетки.
Существует три основных источника стволовых клеток: костный
мозг, периферическая кровь и пуповинная кровь.
Костный мозг состоит из сложной и гетерогенной смеси различных
типов клеток. В его состав входят взаимодействующие строма и
кроветворная система. Кроветворная система включает в себя
кроветворные (гемопоэтические) стволовые и прогениторные клетки
(клетки-предшественники), которые дают начало различным клеткам
крови и иммунной системы. Кроме того, существует побочная
популяция (side population) стволовых клеток. Строма костного мозга
содержит мезенхимальные стволовые клетки и мультипотентные
взрослые клетки предшественники. /Третяк Н.М. Гематология, 2005;
Абдулкадыров К.М., Гематология 2004/
Несколько позже профессор московского НИИ эпидемиологии и
микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи А.Я. Фриденштейн подтвердил
предположение коллеги и, изучая возможности этих особых клеток,
стал разрабатывать сферу их применения. Первые эксперименты по
практическому использованию стволовых клеток были начаты еще в
начале 1950-х годов. Именно тогда было доказано, что с помощью
трансплантации костного мозга (основного источника стволовых
клеток) можно спасти животных, получивших смертельную дозу
радиоактивного облучения.
Понадобилось почти 20 лет, чтобы трансплантация костного мозга
вошла в арсенал практической медицины. Только в конце 60-х были
получены убедительные данные о возможности применения
трансплантации костного мозга при лечении острых лейкозов.
В начале века ученые уже подозревали, что во многих тканях
существуют клетки, способствующие регенерации (восстановлению)
этих тканей и активизирующие деление обычных клеток. В 60-х годах
советские ученые Александр Фриденштейн и Иосиф Чертков
заложили основы науки о стволовых клетках костного мозга, доказав,
что именно там главным образом и находится своеобразное депо
замечательных клеток. Потом стало известно, что часть стволовых
клеток мигрирует в крови, есть они и в различных тканях, в частности
в кожной и жировой. / «Клиническая гематология» Кассирский И.А.,
Алексеев Г.А.,1970., Руководство по гематологии, Воробьёв А.И.,
2005/
Большинство гемопоэтических клеток-предшественников находятся в
костном мозге, поэтому костный мозг является традиционным
источником этих клеток для трансплантации. В нормальных условиях
только 1-3% клеток костного мозга имеют маркеры CD CD 34+, а при
заборе костного мозга 25-75% полученного материала составляет
периферическая кровь, поэтому при операции эксфузии костного
мозга практической целью является получение достаточного
количества ядросодержащих клеток, а не определенное количество
CD CD 34+ клеток. Костный мозг используется в качестве источника
гемопоэтических стволовых клеток преимущество для провндения
аллогенной трансплантации. /Румянцев А.Г., Масчан А.А.
«Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток у детей»:
М.2003/
В течение долгого времени клетки-предшественники получали
методом прямой аспирации костного мозга, проводившейся под
общим наркозом, откуда и произошел термин «трансплантация
костного мозга». Однако было обнаружено, что гемопоэтические
стволовые клетки могут быть получены из периферической крови,
хотя и в меньших количествах. Число циркулирующих в крови
гемопоэтических предшественников может быть временно увеличено
после введения определенных химических веществ или цитокинов.
Усовершенствования в клинической практике мобилизации, сбора и
размножения прогениторов оказались настолько успешными, что во
многих случаях стволовые клетки периферической крови полностью
могут заменить костный мозг как ресурс для трансплантации /Filshi
2002/.
Проводилось исследование биоптатов печени, желудочно-кишечного
тракта и кожи, взятых у онкологических больных, которым после
химиотерапии была проведена трансплантация стволовых клеток
периферической крови для восстановления кроветворения /Körbling et
al 2002/. Через несколько недель после трансплантации началось
восстановление клеток печени, затем новые клетки стали
обнаруживаться в коже и ткани кишечника. Был сделан вывод, что
циркулирующие стволовые клетки могут дифференцироваться в
зрелые гепатоциты и клетки эпителия кожи и желудочно-кишечного
тракта. Если эти результаты будут подтверждены другими
исследованиями, отроются возможности получать собственные
стволовые клетки из крови пациента перед химиотерапией и затем
возвращать их ему. Это позволит избежать хирургического
вмешательства, необходимого для получения костного мозга, и уйти
от проблемы отторжения, связанной с аллогенной трансплантацией
костного мозга.
Стволовые клетки периферической крови в центральной нервной
системе
могут
дифференцироваться
в
микроглию.
Экспериментальные работы подтвердили возможность применения
полученной таким образом микроглии в качестве заменяющей
системы экспрессии генов для головного и спинного мозга /Morrow et
al 2002/. Это может послужить основой для генной терапии для
восстановления тканей и замещения клеток при неврологических
заболеваниях.
Гемопоэтические предшественники циркулируют в периферической
крови здоровых людей в очень небольших количествах (около 0,5-5,0
CD 34+
клеток/мл). /McCredie K. et al., 1971/. В период
восстановления кроветворения после химиотерапии, вызвавшей
глубокую миелосупрессию, их количество в крови на короткий
период резко возрастает, что дает возможность собрать эти клетки с
помощью процедур цитафереза. Гемопоэтические ростовые факторы,
вводимые по определенной методике, также мобилизуют стволовые
гемопоэтические клетки в периферическую кровь. Этот процесс был
назван «мобилизацией». Мобилизация максимально эффективна при
сочетании химиотерапии и ростовых факторов /K. Leitman S.T., et al.,
1996/. Эти наблюдения, наряду с техническими улучшениями методов
автоматического лейкафереза, привел к широкому использованию
периферической крови в качестве источника гемопоэтических
стволовых клеток для аллогенных и, особенно, аутологичных
трансплантации. Большинство доноров лейкафереза переносят лучше,
чем забор костного мозга, так как не требует госпитализация,
анестезия и аферез не связан с послеоперационном болевом синдроме,
требующим применения анальгетиков.
Процедура мобилизации и сбора стволовых клеток периферической
крови имеет очень низкий уровень осложнений. Трансплантат,
полученный таким методом, дает более быстрое (по сравнение с
костным мозгом) приживление и восстановление кроветворения, а
при аутологичной трансплантации – более низкий уровень
контаминации опухолевыми клетками /Hoffman R. Et. Al., 1998/.
Поскольку трансплантат, полученный методом сбора стволовых
клеток периферической крови, содержит большое количество Тлимфоцитов, при его использовании для аллогенной трансплантации
существует большой риск развития тяжелой реакции «трансплантат
против хозяина» (РТПХ). В настоящее время стволовые клетки
периферической крови применяют преимущественно при проведении
аутологичных трансплантаций /авторский коллектив «Заготовка
гемопоэтических стволовых клеток »: М., 2007, с.7; Морфология
клеток крови в нормальном кроветворении Соболева Т.Н.,
Владимирская Е.Б., Science and Religion Clash Over he Use of Human
Embryonic Tissue,’ by Peter Osterweil. WebMD Medical News, December
29, 1999/
Ученые выяснили, что пуповинная кровь, как и костный мозг,
содержит стволовые клетки, причем в намного большем количестве и
значительно лучшего качества. Содержание стволовых клеток в
пуповинной крови в 10-12 раз выше, чем в костном мозге. Так что на
сегодняшний день пуповинная кров получает все большее
распространение в лечении тяжелых заболеваний как альтернатива
костному мозгу, и за официальными данными спасла уже около 15
000
жизней.
/А.Г.Румянцев,
А.А.Масчан
«трансплантация
гемопоэтических стволовых клеток»., 2003./
Поэтому в развитых странах мира уже более 20 лет назад были
созданы и сейчас успешно функционируют банки пуповинной крови.
Название пуповинная кровь происходит от английских слов - umbilical
cord blood. Около 97% пуповинной крови происходит из плаценты и
около 3% из пуповины. Пуповинная кровь богата кроветворными
стволовыми клетками, т.е. клетками-родоначальниками элементов
крови./ НиЖ 2005 №2 "Стволовые клетки про запас", кфмн
Е.Лозовская. с78-81; /
Пуповинная кровь, обеспечивающая жизнедеятельность плода в
течение внутриутробного развития, характеризуется высоким
содержанием стволовых кроветворных клеток. Именно наличие в ней
стволовых клеток делает пуповинную кровь ценнейшим
биологическим материалом современности. Стволовые клетки своего рода "золотой запас" нашего организма - это клетки, которые
могут потенциально превращаться (дифференцироваться) в любые
другие клетки и ткани организма. Наибольшее значение стволовые
клетки
играют
в
воссоздании
новых
клеток
крови
(гематопрогениторная способность) и специализированных клеток
тканей организма. Стволовая клетка может стать практически любой
клеткой в человеческом организме /А.Г. Румянцев, В.А. Аграненко
«Клиническая трансфузиология», 1997; Stem Cells: A Primer. National
Institutes of Health, May 2000.; ‘Stem cell research runs into roadblocks’,
by Raja Mishra. Knight Ridder/Tribune Business News, May 14, 2002;/
Процедура сбора очень проста, абсолютно безболезненна и никакого
риска ни для матери ни для ребенка не представляет.
Собственная кордовая кровь не несет опасности заражения человека
инфекциями, не является источником иммунологических проблем, а
находящиеся в ней стволовые клетки полипотентны и могут
использоваться для регенерации практически любой ткани. Кроме
того, пуповинная кровь может использоваться и для других людей, а
не только для того человека, при рождении которого она была взята,
хотя в таком случае предварительно подлежит иммунологическому
подбору. Таким образом, кордовая кровь, с нашей точки зрения,
является идеальным биологическим источником стволовых клеток./
В.И. Цымбалюк, Здоровья Укранины №9, 2007.,стр 74/.
В связи со всем вышесказанным одним из наиболее перспективных и
простейших способов получения клеточного материала является сбор
пуповинной крови, сразу после рождения ребенка. С последующим
выделением, хранением стволовых клеток пуповинной крови. Так как
кровь, содержащаяся в пуповине и сосудах плаценты, содержит очень
много стволовых клеток.
РЕЗЮМЕ
Данная статья представляет собой литературный обзор,
созданный на основе научных исследований различных авторов.
Данный литобзор посвящен видам стволовых клеток и перспективе
развития медицины в данном направлении. Потенциал