Стволовые клетки и их роль в гемопоэзе

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения и социального развития России

 

Кафедра гистологии, эмбриологии, цитологии

 

 

реферат

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ И ИХ РОЛЬ В ГЕМОПОЭЗЕ

 

 

Выполнил: студент 5 группы, 
1 курса, стоматологического факультета  
Урошлев Д. Н.

 

Проверил: к.м.н., старший преподаватель кафедры гистологии, эмбриологии, цитологии Смирнова Т. С.

 

 

 

Волгоград – 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение………………………………………………………………….. 3
2. История открытия стволовых клеток……………………………………………………………………….4
3. Понятие о стволовых клетках и их типы…………………………………….…………………………………...6
4. Происхождение стволовых клеток……………………………………………………………………….8
5. Гемопоэз…………………………………………………………………….9
6. Гемопоэтические стволовые клетки. Исследование…………………………………………………………….. 14
7. Заключение………………………………………………………………. 19
8. Список используемой литературы……………………………………... 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

  Стволовые клетки – иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться особым образом, то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка. Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться. 
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.

 

 

 

 

 

 

 

 

История открытия стволовых клеток

  Впервые термин «стволовая клетка» появился в научной литературе еще в 1868 г. в работе выдающегося немецкого зоолога и эволюциониста Эрнста Геккеля. Геккель использовал термин «Stammzelle» (от нем. - «стволовая клетка») для описания общего предка, некоего одноклеточного организма, от которого, по его мнению, произошли все многоклеточные организмы. Позже, в 1877г., перейдя от вопросов эволюции к изучению проблем эмбриологии, Эрнст Геккель предложил назвать оплодотворенную яйцеклетку стволовой клеткой. Использование термина «стволовая клетка» для обозначения отдельной клетки в составе эмбриона, которая способна давать начало множеству специализированных клеток, было введено несколько позже – в конце 19 века.

Опираясь на теорию «непрерывной зародышевой плазмы» Августа Вейсмана, предложенной в 1885г., немецкий биолог Теодор Бовери, исследуя закономерности оогенеза и сперматогенеза, предложил называть «стволовыми клетками» все клетки зародышевой линии, начиная от оплодотворенной яйцеклетки и заканчивая предшественниками половых клеток. Также в 1892 году при исследовании эмбриогенеза ракообразных семейства Cyclops Валентин Геккер идентифицировал крупную клетку, названную им «стволовой», которая подвергалась асимметричному делению, при этом одна из дочерних клеток этой стволовой предшественницы давала начало мезодерме, тогда как другая давала начало зародышевым (герминативным) клеткам. Таким образом, в этих ранних исследованиях термин «стволовая клетка» обозначает клетки, которые сейчас называют первичными половыми клетками, или зародышевыми стволовыми клетками.

Четырьмя годами позже, в 1896г., Эдмунд Уилсон популяризировал термин «стволовая клетка» в своей книге "The Cell in Development and Inheritance". В свое время эта книга была очень популярна и имела огромное влияние на эмбриологов и генетиков конца 19 века, особенно в США. В связи с этим, во многих англоязычных источниках Эндмунд Уилсон упоминается, как автор термина «стволовая клетка». Тем не менее, Уилсон использовал термин «стволовая клетка» в том же значении, что Бовери и Геккер, то есть, обозначая этим термином неспециализированную материнскую клетку зародышевой линии.

Примерно в то же время велись активные исследования в области гемопоэза. Ученый мир раскололся на два лагеря. Часть ученых придерживалась дуалистической теории кроветворения, они предполагали, что клетки миелоидного и лимфоидного ряда происходят от различных предшественников, которые располагаются в различных гемопоэтических тканях, в костном мозге и лимфатических узлах/селезенке, соответственно. Сторонники унитарной теории кроветворения предполагали существование одной единственной клетки, которая и является родоначальницей всех клеток крови. В связи с этим, приверженцы унитарной теории кроветворения столкнулись с проблемой создания термина, который полностью бы отражал потенциал развития таких клеток. В 1908г. русский ученый Александр Максимов предложил называть такую материнскую гемопоэтическую клетку «стволовой клеткой».

Таким образом, использование термина «стволовая клетка» началось во второй половине 19 века в контексте фундаментальных вопросов эмбриологии. Доказательства существования единой гемопоэтической стволовой клетки, достоверно полученные в 60-х годах прошлого столетия, сделали эти клетки прототипом всех стволовых клеток, а именно: клеток, способных к почти неограниченному самообновлению и способных давать специализированные клетки-потомки. Несмотря на огромный прорыв, сделанный в изучении стволовых клеток в 20-начале 21 в.в., сегодня, как и в 19 веке, стволовые клетки являются предметом споров и дискуссий во многих вопросах биологии и медицины.

Понятие о стволовых клетках и их типы

 

  В настоящее время стволовыми принято считать только те клетки, которые одновременно обладают двумя специфическими свойствами, а именно: способностью к самовоспроизведению и способностью к дифференцировке.

      Процесс  самовоспроизведения стволовых  клеток заключается в симметричном  или асимметричном митотическом  делении материнской клетки, в  ходе которого хотя бы одна  дочерняя клетка сохраняет статус  стволовой и полностью идентична  по цитохимическим, молекулярным  и другим характеристикам материнской  клетке.

      Механизм  самообновления клеток связан  с тонкой регуляцией ядерных  процессов транскрипционными факторами, такими как Oct-4, Nanog, Sox-2, Rex-1, которые поддерживают «стволовость» через активацию генов, участвующих в процессе деления стволовых клеток, и инактивацию генов, запускающих процессы созревания и дифференцировки. С началом вступления незрелых пролиферирующих стволовых клеток на путь дифференцировки экспрессия данных факторов транскрипции более или менее синхронно угасает.

      Вторым  важным свойством стволовых клеток, как уже было сказано выше, является их способность к  дифференцировке. Дифференцировка  – это процесс постепенного  увеличения фенотипической обособленности  типов клеток, связанный с их  созреванием. Основа дифференцировки  – синтез цито- и тканеспецифичных белков, что обусловлено развертыванием транскрипции различных генов.

      Дифференцировка  потомков стволовых клеток реализуется  в промежутках между последующими  митотическими делениями дочерних  элементов и сопровождается постепенным  ограничением их пролиферативного  потенциала и широты сектора  дифференциации.

      Различные  стволовые клетки демонстрируют  разные потенциальные возможности  дифференцировки, т.е. способность давать  начало большему или меньшему  количеству специализированных  клеточных линий. В связи с  этим стволовые клетки можно  разделить на несколько типов  в зависимости от их потентности. Понятие «потентность» отражает широту реализации морфогенетической информации потомками стволовой клетки. Различают четыре уровня потентности стволовых клеток:

         • тотипотентность – способность давать начало росту всего организма, в том числе и тканям внезародышевых оболочек;

         • плюрипотентность – способность воспроизводить любую ткань взрослого организма;

         • мультипотентность – способность давать начало более чем одному типу дифференцированных клеток;

         • унипотентность – способность воспроизводить однородный однотипный пул дифференцированных клеток.

      Тотипотентными стволовыми клетками принято считать зиготу и бластомеры на стадии морулы. К плюрипотентным стволовым клеткам относятся эмбриональные стволовые клетки, стволовые клетки эмбриональной карциномы и эмбриональные зародышевые стволовые клетки. К мультипотентным стволовым клеткам относятся региональные стволовые клетки взрослого организма и плода, например, гемопоэтические стволовые клетки, мезенхимальные стволовые клетки, нейрональные стволовые клетки и др.

      Практически  во всех тканях взрослого организма  человека содержится пул резидентных, т.е. характерных именно для этой  ткани, мультипотентных стволовых клеток. Наличие в тканях взрослого организма монопотентных стволовых клеток остается под вопросом. Скорее всего, монопотентными стволовыми клетками являются прогениторные клетки на поздних стадиях созревания.

      Прогениторными, или клетками-предшественницами, принято считать клетки, которые являются потомками мультипотентных стволовых клеток, но, несмотря на то, что обладают достаточно высоким пролиферативным потенциалом, утратили способность к асимметричному делению и вступили на путь дифференцировки.

  Различают несколько типов стволовых клеток. Прежде всего, это эмбриональные и взрослые (от взрослого организма) стволовые клетки. Гемопоэтические стволовые клетки участвуют в гемопоэзе и происходят из костного мозга. Мезенхимальные стволовые клетки ведет свое происхождение от зародышевого листка мезинхимы. Стромальные стволовые клетки содержатся в строме костного мозга. Существуют еще тканевые стволовые клетки, содержащиеся в различных тканях

Происхождение стволовых клеток

По своему происхождению стволовые клетки разделяют на эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека.

Источником эмбриональных стволовых клеток является бластоциста - зародыш, который формируется к пятому дню оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток есть недостатки. Во-первых, эти клетки способны спонтанно перерождаться в раковые клетки. Во-вторых, в мире пока не выделена безопасная линия истинно эмбриональных стволовых клеток, годных для клинического применения.

Фетальные стволовые клетки получают из абортивного материала на 9-12 неделе беременности. Помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости самого лечения, которое в определённых случаях может быть весьма эффективным.

Источником стволовых клеток является также плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако количество стволовых клеток в пуповинной крови не достаточно велико, и эффективное их применение возможно только однократно для самого ребёнка до 10 лет.

Самым доступным источником стволовых клеток является костный мозг человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальная. В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый - это гематопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй - это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани.

Гемопоэз.

 Кроветворение (гемопоэз) — это процесс образования и развития клеток крови. Различают эмбриональный гемопоэз, начинающийся на ранних стадиях эмбрионального развития и ведущий к образованию крови как ткани, и постэмбриональный, который можно рассматривать как процесс физиологической регенерации крови. Число клеток крови у взрослого человека относительно постоянно, несмотря на то, что большое количество их ежедневно погибает. Отмершие клетки заменяются новыми, образующимися в кроветворных органах. Осуществляется это благодаря стволовым кроветворным клеткам, которые в течение всей жизни организма постоянно пополняют пролиферативный пул миелоидной и лимфоидной тканей.

В образовании и развитии клеток крови важную роль играют строма и микроокружение кроветворных органов. Клетки стромыгистогенетически независимы от кроветворных клеток. Они ответственны за перенос факторов микроокружения, а также за направление дифференциации стволовых кроветворных клеток.

Постоянство состава клеток крови и костного мозга обеспечивается регуляторными механизмами, благодаря которым процессы пролиферации и дифференциации клеток связаны друг с другом. Сущность механизма регуляции кроветворения состоит в репрессии или депрессии соответствующих участков генома кроветворных стволовых клеток на разных стадиях развития организма. Процессы пролиферации и дифференциации могут быть различной интенсивности. В период эмбрионального кроветворения они более интенсивны, чем в период постэмбрионального. Эти процессы усиливаются после значительной кровопотери, массивного гемолиза, в условиях гипоксии и т. п.

КРОВЕТВОРЕНИЕ В ЭМБРИОНАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ

В эмбриональном периоде кроветворение происходит вначале в желточном мешке, а затем последовательно в печени, селезенке, вилочковой железе, лимфатических узлах и костном мозге.