стволовые клетки и их применение в современной медицине

Содержание Введение….……… 3 Глава1 Описание, свойства и типы стволовых клеток… 5 Глава 2 История открытия стволовых клеток… 9 Глава 3 Применение клеточных технологий в клинике…11 Заключение….15 Список использованной литературы… ……16 Введение. Все живые существа (как животные, так и растения) состоят из клеток, образующих такни различных органов и их систем. Клетка представляет собой элементарную живую систему, основу строения и жизнедеятельности всех животных и растений.

Она может существовать как самостоятельный организм (простейшие бактерии), так и в составе многоклеточных организмов. Размеры клеток варьируются в пределах от 0,1 – 0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Число клеток в организмах зависит от их вида и возраста. Например, организм взрослого человека состоит из 1015 клеток, а число различных видов клеток в нем более 200. Подобно любому живому существу, клетка способна питаться, расти и размножаться, вследствие чего её можно считать живым организмом.

Отдельные её элементы лишены жизненных функций. Клетки, выделенные из различных тканей живых организмов и помещенные в специальную питательную среду, могут расти и размножаться, что широко используется в исследовательских прикладных целях. Термин «клетка» впервые предложил в 1665 г. английский естествоиспытатель Роберт Гук для описания ячеистой структуры наблюдаемого под микроскопом среза пробки.

Утверждение о том, что все ткани животных и растений состоят из клеток, составляет сущность клеточной теории. В экспериментальном обосновании клеточной теории сыграли важную роль труды немецких ученых ботаников Маттиаса Шлейдена (1804 – 1881) и Теодора Шванна (1810 – 1882). Несмотря на большое разнообразие и существенные различия во внешнем виде и функциях, все клетки имеют общее строение: они состоят из трёх основных частей – плазматической мембраны, контролирующей переход вещества из окружающей среды в клетку и обратно, цитоплазмы с разнообразной структурой (органеллы – маленькие органы, окруженные своими мембранами, митохондрии – мешковидные образования с дыхательными ферментами, рибосомы – небольшие тельца, принимающие учасите в биосинтезе белка) и клеточного ядра с носителем генетической информации.

Все животные и некоторые растительные клетки содержат центриоли – цилиндрические структуры, образующие клеточные центры.

Не все клетки организма многоклеточного животного или растения одинаковы. Видоизменение клеток происходит постепенно в процессе развития организма. Каждый организм животного развивается из одной клетки – яйца, которое начинает делиться, в конечном результате образуется множество отличающихся друг от друга клеток – мышечные, нервные, кровяные и др. Различие клеток определяется прежде всего набором белков, синтезируемых данной клеткой. Во всех растений или организмов животных хранится полная генетическая информация для построения всех белков определённого вида организма, а в клетке каждого типа синтезируются лишь белки, которые ей нужны.

Принято считать, что главная причина старения организма – утеря генетической информации. Молекулы ДНК постепенно подвергаются мутациям, что приводит к гибели клеток и всего организма. Повреждённые участки молекулы ДНК способны восстанавливаться благодаря репаративным ферментам. Хотя их возможности ограничены, но они играют важную роль в продлении жизни организма.

Ежедневно мы встречаем множество разных людей, но даже не задумываемся, что каждый из нас произошел из одной единственной оплодотворенной яйцеклетки. Она содержит не только информацию об организме, но и схему его последовательного будущего развития. В течение первых пяти дней после зачатия в результате деления этой самой клетки образуется шарик из совершенно одинаковых неспециализированных клеток. Примерно через шесть — семь дней он образует бластоцисту, которая делясь, формирует за считанные недели все органы и ткани человека.

А недавно стало известно, что стволовые клетки могут продлить жизнь. Конец ХХ-го века ознаменовался рядом крупнейших достижений молекулярной и клеточной биологии, открывающих широкие перспективы для создания принципиально новых и эффективных биомедицинских технологий, которые дадут возможность решить проблему лечения ряда тяжелейших заболеваний человека. Технология стволовых клеток - это своеобразный ящик Пандоры, который скрывает многие тайны жизни но какова цена таких открытий? В научном аспекте применение этой технологии кажется безграничным, но этические соображения и нормы уже сейчас ставят барьеры на пути ее развития.

Отношение научного сообщества к замене или регенерации вышедших из строя органов с использованием стволовых клеток весьма неоднозначно: одни связывают с новым направлением большие надежды, другие относятся к нему с подозрением. Прежде чем методы терапии, основанные на применении стволовых клеток, войдут в медицинскую практику, придется преодолеть множество преград, как научных, так и общественно-политических.

Необходимо рассматривать стволовые клетки с научной, этической и юридической точек зрения. Выражение «неполное знание хуже полного невежества» как нельзя более уместна в биотехнологии, где особенно необходимо досконально разобраться в вопросе, прежде чем высказываться «за» или «против». Актуальность вышеизложенных проблем и определила выбор темы. Целью написания работы является изучение механизма получения стволовых клеток, проблемы и перспективы использования их в медицине Глава1 Описание, свойства и типы стволовых клеток. Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма.

Большая часть стволовых клеток взрослого организма находится в костном мозге. Стволовые клетки можно выделять и растить в культуре ткани. Способность давать множество разнообразных клеточных типов делает стволовые клетки важнейшим восстановительным резервом в организме, который используется для замещения дефектов, возникающих в силу тех или иных обстоятельств. Стволовые клетки способны превращаться в клетки всех типов тканей: клетки крови, внутренних органов, мышечных и костных тканей, кожного покрова, нейроны и др. На ранних стадиях своего развития организм человека практически полностью состоит из стволовых клеток, которые постепенно приобретают специализацию, то есть из них образуются органы и ткани организма.

Таким образом, стволовые клетки являются строительным материалом организма. Из-за способности к преобразованию в клетки любых органов и тканей стволовые клетки играют роль «скорой помощи»: если где-то в организме неполадка, то они, по кровяному руслу устремляются к пораженному органу.

Стволовые клетки могут восстановить практически любое повреждение, превращаясь на месте в необходимые организму клетки (костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные) и стимулируя внутренние резервы организма к регенерации (восстановлению) органа или ткани. Найдено решение, которое позволит справиться со многими этическими и техническим проблемами, связанными со стволовыми клетками: двум группам ученых удалось трансформировать клиентки кожи в стволовые клетки без создания или уничтожения зародыша.

Шина Яманака, руководитель одной из групп ученых Киотского Университета сообщает в своем электронном интервью, что они теперь способны "создавать стволовые клетки, совместимые с пациентом и типом его болезни без использования человеческих зародышей" . Предварительные тесты показали, что новые клетки могут генерировать нервные, сердечные и другие типы тканей организма.

Ранее такая полипотенция (способность трансформироваться) считалась свойственной только стволовым клеткам, взятым у эмбрионов на ранней стадии развития, и они использовались учеными для генетических опытов, испытания наркотических веществ и трансплантации.

Отношение к такого рода экспериментам всегда было неоднозначным: чтобы добыть клетки, необходимо было уничтожить зародыш человека. Также они принимают непосредственное участие в регенеративных процессах организма и могут замедлять процесс старения. Но, к сожалению, c возрастом количество стволовых клеток уменьшается и регенеративные возможности организма снижаются. Для примера: когда мы рождаемся, у нас в костном мозге на 10 тыс. кроветворных клеток приходится одна стволовая клетка.

У растущих подростков стволовых клеток уже в 10 раз меньше. К 50-ти годам на 0,5 млн обычных клеток приходится 1 стволовая, в 70 лет – 1 стволовая клетка на миллион! Описание Корнем иерархии стволовых клеток является тотипотентная зигота. Первые несколько делений зиготы сохраняют тотипотентность и при потере целостности зародыша это может приводить к появлению монозиготных близнецов. К ветвям иерархии относятся плюрипотентные (омнипотентные) и мультипотентные (бластные) стволовые клетки.

Листьями (конечными элементами) иерархии являются зрелые унипотентные клетки тканей организма. Нишами стволовых клеток называются места в ткани, где постоянно залегают стволовые клетки, делящиеся по мере надобности для дальнейшей дифференциации. 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). 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. В различных органах и тканях взрослого организма существуют частично созревшие стволовые клетки, готовые быстро дозреть и превратиться в клетки нужного типа. Они называются бластными клетками.

Например, частично созревшие клетки мозга — это нейробласты, кости — остеобласты и так далее. Дифференцировку могут запускать как внутренние причины, так и внешние. Любая клетка реагирует на внешние раздражители, в том числе и на специальные сигналы цитокины. Например, есть сигнал (вещество), служащий признаком перенаселённости. Если клеток становится очень много, то этот сигнал сдерживает деление. В ответ на сигналы клетка может регулировать экспрессию генов.

Принципиально важными являются следующие свойства стволовых клеток (СК): 1. это неспециализированные (недифференцированные) клетки, они не выполняют никакой «работы» ; 2. они способны к многократным делениям; 3. из них могут развиться специализированные (дифференцированные) клетки. Здесь необходимо напомнить, что стволовые клетки обладают способностью дифференцироваться – то есть преобразовываться из своего общего «универсального» («никакого») состояния в состояние специализированное – а именно становиться клетками конкретного органа или ткани.

Важно отметить, что высокодифференцированные клетки (например, кардиомиоциты – клетки сердечной мышцы, нейроны – нервные клетки) практически не делятся, в то время как менее дифференцированные клетки (фибробласты – клетки соединительной ткани, в том числе кожи, гепатоциты – клетки печени) частично сохраняют способность к размножению и при определенных условиях делятся и увеличивают свое число.

Поэтому некоторые органы – сердце, мозг – с большим трудом восполняют утраченные клетки, и происходит это только за счет стволовых клеток. А у других органов – кожи, печени – способности к регенерации гораздо выше. Типы стволовых клеток. Самыми первыми СК, видимо, следует считать те, что получаются при первых нескольких делениях оплодотворенной яйцеклетки – из каждой может развиться самостоятельный организм (так, например, получаются однояйцевые близнецы). Через несколько дней эмбрионального развития, на стадии бластоцисты, из ее внутренней клеточной массы можно выделить ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ (ЭСК). Путем определенных манипуляций (достаточно сложных) из них может быть получена бессмертная линия – т.е. клетки могут неограниченно и довольно быстро делиться, не изменяя своих свойств.

И из этих клеток при определенных условиях может быть получена любая специализированная клетка взрослого организма.

Впервые такая бессмертная линия человеческих ЭСК была получена в 1998 году, и именно это Science признал одним из великих открытий. Выделение бессмертной линии ЭСК – процедура, требующая современного оборудования и высокой квалификации, поэтому в России в настоящий момент такие линии есть только в немногих научных институтах. Кстати, именно об ЭСК и идут дебаты в США и Европе – насколько этично их применение, ведь для получения линии ЭСК приходится уничтожать человеческий эмбрион (пусть это всего лишь микроскопический шарик из 200 с небольшим клеток) – а с точки зрения христианской религии это равносильно убийству человека.

С другой стороны, при помощи ЭСК в будущем могут быть облегчены страдания и спасены жизни многих людей. Стволовые клетки, полученные из абортированных плодов (фетусов) на 6-21 неделе, называются ФЕТАЛЬНЫМИ. Они не обладают вышеописанными свойствами ЭСК, полученных из бластоцисты, – то есть способностью к неограниченному размножению и дифференцировке в любой вид специализированных клеток.

Эти фетальные клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, во-первых, может пройти только ограниченное число делений, и, во-вторых, дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Так, из клеток фетальной печени могут развиться специализированные клетки печени и кроветворные клетки. Из фетальной нервной ткани, соответственно, развиваются более специализированные нервные клетки и т.д. При определенных условиях и под должным контролем выделение фетальных клеток разрешено в ряде стран, включая Россию.

Еще более специализированными являются СК ПУПОВИННОЙ КРОВИ. Главным образом, это кроветворные (гемопоэтические) стволовые клетки. Во взрослом организме тоже присутствует несколько видов СК. Наиболее универсальными из них являются МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СК – они обнаружены в костном мозге, жировой ткани и в незначительных количествах в других тканях. Эти клетки могут давать начало разнообразным клеткам костной, хрящевой, мышечной и, возможно, некоторых других тканей.

Там же присутствуют ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ (кроветворные) СК, из которых образуются все клетки крови, они находятся в больших количествах в костном мозге, а также присутствуют в периферической крови. По некоторым данным, гемопоэтические СК также могут дифференцироваться в клетки других тканей, например, мышечной. И, наконец, во всех органах присутствуют РЕГИОНАЛЬНЫЕ СК – как правило, это уже достаточно дифференцированные клетки и они могут дать начало только нескольким разновидностям клеток, из которых состоят ткани данного органа. Общей закономерностью является то, что если клетка вышла на этап дифференцировки (начала специализироваться), то количество делений, которое она может пройти, ограничено.

Так, например, для фибробласта лимит делений составляет 50 делений, для стволовой клетки крови – 100. Глава 2.

История открытия стволовых клеток

1988 год - Стволовые клетки были впервые использованы для трансплантац... 1998 год - Первая в мире трансплантация "именных" стволовых клеток пуп... Среди полученных эмбрионов был выбран один наиболее совместимый с реци... опубликовано два сообщения о результатах инъекции аутологичных (собств... 2005 год - Перечень заболеваний, при лечении которых может быть успешн...

Применение клеточных технологий в клинике

Клеточная терапия – не открытие конца 1990-х годов, но именно в это вр... Зато неожиданно быстро входит в клинику применение клеточных технологи... Суть метода в том, что у пациента при помощи химио- или радиотерапии у... При этом донор проводит несколько часов в кресле для взятия крови (смо... По этой же причине донора для пациента легче найти среди немногочислен...

Заключение

Заключение Рассмотрев в данной работе проблемы использования в медицине стволовых клеток, можно сделать следующие краткие выводы.

Открытие стволовой клетки и развитие связанных с этим открытием клеточных технологий в медицине наряду с расшифровкой двойной спирали ДНК и генома, безусловно, относятся к важнейшим событиям, произошедшим в биологии в ХХ веке. Стволовые клетки таят в себе невиданные возможности: от регенерации поврежденных органов и тканей до лечения заболеваний, не поддающихся лекарственной терапии.

Кроме восстановления утраченных функций органов и тканей, стволовые клетки способны тормозить неконтролируемые патологические процессы, такие как воспаления, аллергии, онкологические процессы, старение и т.д. Именно клеточные технологии являются основой генной терапии, с которой связаны надежды на разработку индивидуальных схем лечения пациентов с самыми тяжелыми заболеваниями, в том числе наследственными. Клеточные технологии и генная терапия представляют собой наиболее универсальные современные подходы к лечению.

Технология стволовых клеток может привести к новому пониманию развития и дифференциации клеток, как и почему развиваются определенные ткани, почему возникают заболевания и как их лечить.

Станет возможным клонирование от отдельных тканей до целых организмов. Таким образом, наглядно демонстрирующих реальное значение клеточной биологии в решении актуальных проблем медицины XXI века, может быть продолжен.

Вместе с тем уже сейчас становится очевидным, что дальнейший прогресс как самой клеточной биологии, так и медицинской науки в целом будет связан не только и не столько с дальнейшим накоплением фактического знания, сколько с его творческим и этическим осмыслением. Медицина ХХI века, безусловно, будет основана на фундаментальных достижениях клеточной биологии.

Список использованной литературы

Список использованной литературы 1. Баев А.А. Геном человека: некоторые этико-правовые проблемы настоящего и будущего // Человек 1995 №2 С.9. 2. Душкин М.П Иванова М.В. Трансформация перитонических макрофагов в пенистые клетки при внутрибрюшном введении мышам липопротеидов низкой плотности, холестерина и его продуктов окисления. // Патофизиология и эксперимент.

Терапия. 3. Жиганова Л.П. Биомедицина и стволовые клетки. 4. Корочкин Л. И Что такое стволовые клетки // Природа 2005 №6. 5. Карпенков С.Х.: Концепции современного естествознания/Москва-Академический Проект -2006. 6. Отраслевая Программа «Новые клеточные технологии - медицине»(01.07.2002 – 01.07.2010).