Стволовые клетки - Волгоградский государственный

Волгоградский государственный медицинский университет
Кафедра гистологии,
гистологии, эмбриологии,
эмбриологии, цитологии
Стволовые клетки
лекция для студентов I курса
всех факультетов
Волгоград,
Волгоград, 2012
2012
Клеточные популяции
По отношению к делению и по продолжительности
существования различают
три клеточные популяции
1. Стабильная (кардиомиоциты,
кардиомиоциты, нервные клетки)
клетки)
2. Растущая (клетки паренхиматозных органов)
3.Обновляющаяся
3.Обновляющаяся (клетки крови,
крови, кожного
эпителия,
эпителия, слизистых оболочек)
1
Клеточные популяции
1. Стабильная
Клетки – высокодифференцированные
- большая продолжительность жизни
- не способны делиться
нервные клетки
клетки миокарда
Клеточные популяции
2. Растущая
Клетки –
высокодифференцированные
- большая продолжительности жизни
- способны делиться
2
Клеточные популяции
3. Обновляющаяся
Два типа клеток:
клеток: а. высокодифференцированные
б. недифференцированные
(камбиальные,
камбиальные, стволовые)
стволовые)
Примеры тканей:
тканей:
эпидермис
эпителий кишки
кр.
кр.костный мозг
Обновляющаяся популяция
а. Дифференцированные клетки
- выполняют специфические функции;
функции;
- короткоживущие,
короткоживущие, быстро отмирают;
отмирают;
- неспособны делиться;
Примеры скорости обновления тканей:
тканей:
-
Слизистая 1212-п. кишки - в среднем 10 час.;
час.;
Роговица глаза – около 3-х суток;
суток;
Эпидермис – около 24 суток;
суток;
Лейкоциты – несколько суток;
суток;
Эритроциты – 120 дней.
дней.
3
Стволовые клетки
б.Недифференцированные
Клетки
по
строению
сходны
с
эмбриональными.
эмбриональными. После деления одна из
дочерних клеток остается стволовой,
стволовой, а
вторая – дифференцируется.
дифференцируется. Такой
механизм позволяет обновлять структуры
и сохранять запас стволовых клеток в
течение всей жизни организма.
организма.
Дифферон (гистогенетический ряд)
ряд)
– совокупность клеточных форм,
форм, составляющих
линию дифференцировки.
дифференцировки.
Дифферон составляют несколько групп клеток:
клеток:
1)
2)
3)
4)
стволовые клетки,
клетки,
клеткиклетки-предшественники,
предшественники,
зрелые дифференцированные клетки,
клетки,
стареющие и отмирающие клетки.
клетки.
4
Стволовые клетки — исходные клетки гистогенетического ряда — это
самоподдерживающаяся
популяция
клеток,
способных
клеток,
дифференцироваться в различных направлениях.
направлениях. Обладая
высокими пролиферативными потенциями,
потенциями, сами они (тем не
менее)
менее) делятся очень редко.
редко.
КлеткиКлетки-предшественники (полустволовые,
полустволовые, камбиальные)
камбиальные) составляют
следующую
часть
гистогенетического
ряда.
Эти
клетки
ряда.
претерпевают несколько циклов деления,
деления, пополняя клеточную
совокупность новыми элементами,
элементами, и часть из них затем начинают
специфическую дифференцировку (под влиянием факторов
микроокружения).
микроокружения). Это популяция коммитированных клеток,
клеток,
способная дифференцироваться в определенном направлении.
направлении.
Зрелые функционирующие и стареющие клетки завершают
гистогенетический ряд,
ряд, или дифферон.
дифферон. Соотношение клеток
различной степени зрелости в дифферонах зрелых тканей
организма неодинаково и зависит от основных закономерных
процессов физиологической регенерации,
регенерации, присущих конкретному
виду ткани.
ткани. Так,
Так, в обновляющихся тканях обнаруживаются все
части
клеточного
дифферона
—
от
стволовой
до
высокодифференцированной и гибнущей.
гибнущей.
Коммитирование, детерминация,
дифференцировка.

Коммитирование – ограничение потенций
развития

Детерминация – выбор направления
развития кроветворных клеток

Дифференцировка – приобретение
специфических структурных и
функциональных признаков
5

Дифференцировка
—
это
стойкое
структурноструктурно-функциональное
преобразование клеток в различные специализированные клетки.
клетки.
Дифференцировка клеток биохимически связана с синтезом специфических
белков,
белков, а цитологически — с образованием специальных органелл и
включений.
включений. При дифференцировке клеток происходит избирательная
активация генов.
генов. Важным показателем клеточной дифференцировки является
сдвиг ядерноядерно-цитоплазменного отношения в сторону преобладания размеров
цитоплазмы над размером ядра.
ядра. Дифференцировка происходит на всех
этапах
онтогенеза.
Особенно
отчетливо
выражены
процессы
онтогенеза.
дифференциации клеток на этапе развития тканей из материала
эмбриональных
зачатков.
Специализация
клеток
обусловлена
их
зачатков.
детерминацией.
детерминацией.

Детерминация — это процесс определения пути,
пути, направления,
направления, программы
развития
материала
эмбриональных
зачатков
с
образованием
специализированных тканей.
тканей. Детерминация может быть оотипической
(программирующей развитие из яйцеклетки и зиготы организма в целом),
целом),
зачатковой (программирующей развитие органов или систем,
систем, возникающих
из эмбриональных зачатков),
зачатков), тканевой (программирующей развитие данной
специализированной
ткани)
и
клеточной
(программирующей
ткани)
дифференцировку конкретных клеток).
клеток).
Различают детерминацию:
детерминацию:
1) лабильную,
лабильную, неустойчивую,
неустойчивую, обратимую
2) стабильную,
стабильную, устойчивую и необратимую.
необратимую.
При детерминации тканевых клеток происходит стойкое закрепление их свойств,
свойств,
вследствие чего ткани теряют способность к взаимному превращению
(метаплазии).
метаплазии). Механизм детерминации связан со стойкими изменениями процессов
репрессии (блокирования)
блокирования) и экспрессии (деблокирования)
деблокирования) различных генов.
генов.
Стволовые клетки

Высокий пролиферативный потенциал
(попо-видимому,
видимому, превышающий
продолжительность жизни)
жизни)

Способность к самоподдержанию

Плюрипотентность
(способность к дифференцировке в зрелые
специализированные клетки разных тканей)
тканей)
6
Типы стволовых клеток
 Эмбриональные
 Соматические
(стволовые клетки взрослого человека)
человека)
Характеристики стволовых клеток

Тотипотентность — способность образовывать любую из
примерно клеток организма

Хоуминг — способность стволовых клеток,
клеток, при введении их в
организм,
организм, находить зону повреждения и фиксироваться там,
там,
исполняя утраченную функцию;
функцию;

Факторы,
Факторы, которые определяют уникальность стволовых
клеток,
клеток, находятся не в ядре,
ядре, а в цитоплазме.
цитоплазме. Это избыток мРНК
всех 3 тысяч,
тысяч, которые отвечают за раннее развитие зародыша;
зародыша;

Теломеразная активность — при каждой репликации часть
теломер утрачивается (Предел Хейфлика).
Хейфлика). В стволовых,
стволовых,
половых и опухолевых клетках есть теломеразная активность,
активность,
концы их хромосом надстраиваются,
надстраиваются, то есть эти клетки
способны проходить потенциально бесконечное количество
клеточных делений,
делений, они бессмертны.
бессмертны.
7
Стволовые клетки костного мозга
Стволовые
кроветворные клетки
Мультипотентные
мезенхимальные
стромальные клетки
отличаются по:
по:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
способности к рециркуляции
радиочувствительности
поверхностным маркерам
темпу пролиферации
секреции элементов внеклеточного матрикса
секреции цитокинов и ростовых факторов
доступным дифференцировкам
ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
КОСТНОГО МОЗГА
СТВОЛОВЫЕ
КРОВЕТВОРНЫЕ
КЛЕТКИ (СКК)
СКК)
МУЛЬТИПОТЕНТНЫЕ
МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ
СТРОМАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ
(ММСК)
ММСК)
- ЭРИТРОЦИТЫ
- ГРАНУЛОЦИТЫ
- НЕЙТРОФИЛЬНЫЕ
- ЭОЗИНОФИЛЬНЫЕ
- БАЗОФИЛЬНЫЕ
- Т и В - ЛИМФОЦИТЫ
- ДЕНДРИТНЫЕ
КЛЕТКИ
- ФИБРОБЛАСТЫ
- ОСТЕОБЛАСТЫ
- ХОНДРОБЛАСТЫ
- ТЕНОЦИТЫ
- ГЛАДКОМЫШЕЧНЫЕ
КЛЕТКИ
- ЖИРОВЫЕ КЛЕТКИ
- КЛЕТКИ ЭНДОТЕЛИЯ
8
Технологии получения стволовых клеток
А. Культивирование клеток
внутренней клеточной
массы бластоцисты
Б. Культивирование
первичных половых клеток
плода
В. Культивирование
изолированных стволовых
клеток взрослого человека
Г. Терапевтическое
клонирование – ядро
соматической клетки
переносят в
энуклеированный ооцит,
ооцит,
который после активации
дает эмбриобласты
бластоцисты
9
Биотехнологический метод
культивирования стволовых клеток
Гетеротопный
костномозговой орган
10
Монослойные культуры костного
мозга человека / 12-ый день
Колонии стромальных
фибробластов в культурах
костного мозга человека
11
Кроветворный орган,
сформированный костномозговыми
стромальными фибробластами
Лимфоидный орган,
сформированный стромальными
фибробластами селезенки
12
Штамм стромальных фибробластов
костного мозга
Ложный сустав
плечевой кости
Полное сращение
отломков через 1 год
13
Неполнослойный дефект
гиалинового хряща
Восстановленный
гиалиновый хрящ
Хондромаляция надколенника
Участки повреждения гиалинового
хряща
МРТ ArtoscanArtoscan-C
0.2T
Axial SE T1
Th = 4mm
MPT Signa 1T
Axial SE T1 3D
Th = 2mm
Восстановленная структура хряща
14
Регенерация кости на
коллагеновом матриксе,
матриксе,
содержащем плазмидный
вектор паратиреоидного
гормона.
гормона.
15
Спасибо
за внимание
внимание!!
16