Стволовые клетки в медицине: что это, и как их используют?

Создание искусственных органов и тканей все еще кажется вам научной фантастикой? Напрасно, современная медицина активно использует продукты из стволовых клеток для лечения пациентов с самыми разными диагнозами. С особенностями этого новаторского инструмента биотехнологий нас познакомила кандидат биологических наук, клеточный биолог Ольга Маслова.

Откуда взялись стволовые клетки

Ольга МасловаСуществует множество типов стволовых клеток, но все они обладают двумя свойствами: самообновлением и потентностью – способностью давать потомство в виде специализированных  типов клеток.

В момент, когда яйцеклетка встречается со сперматозоидом и превращается в зиготу, появляется самая первая и самая могущественная стволовая клетка – тотипотентная. Зигота может дать начало и будущему эмбриону, и «инфраструктуре» вокруг него (плаценте). На более поздних этапах, когда эмбрион из стадии морулы переходит в стадию бластоцисты, появляются плюрипотентные стволовые клетки. Они уже не могут образовать зародышевые оболочки, но дают начало практически всем тканям и органам.

В процессе развития зародыша количество и потентность стволовых клеток снижается. Когда эмбрион становится трехмерным, появляются мультипотентные стволовые клетки. Именно они остаются в стволовых депо нашего организма,  содержатся в пуповине и пуповинной крови при рождении ребенка. У взрослых людей главные депо таких мультипотентных клеток – костный мозг и жировая ткань.

Откуда взялись стволовые клетки - изображение №1

У взрослых людей главные депо стволовых клеток – костный мозг и жировая ткань.

Стволовые клетки из разных источников получают по-разному. Например, чтобы получить солидное количество мезенхимальных клеток (МСК) из ткани пупочного канатика, ткань специальным образом обрабатывают, выделяют клетки с помощью ферментов или механических подходов, ждут некоторое время (от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от особенностей образца и качества реактивов), получают прикрепившуюся к пластику первичную культуру, а потом, по мере заполнения площади поверхности культуральной посуды, – пересевают до получения нужного количества. Такой процесс может растянуться на несколько месяцев.

Откуда взялись стволовые клетки - изображение №2

Инфографика: блог Ольги Масловой

Как медицина использует стволовые клетки

Использование стволовых клеток в медицине можно разделить на несколько категорий.

Первая категория – полноценно утвержденные и одобренные соответствующими органами клеточные продукты, введенные в клиническую практику. Таких в мире пока еще очень немного. В основном это гемопоэтические стволовые клетки – самые ранние предшественники клеток крови. Их применяют в онкогематологии, проводя операции по трансплантации костного мозга и пуповинной крови. Интересен и продукт Holoclar из лимбальных стволовых клеток, которые находятся в роговице глаза. Он предназначен для лечения повреждений глаз и полноценно утвержден в Европейском медицинском агентстве (EMEA).

Вторая категория – клинические испытания клеточных продуктов в сотрудничестве клиницистов и ученых. Во всем мире проводят тысячи таких испытаний, и их можно мониторить на сайте clinicaltrials.gov. Главная особенность таких испытаний – доступность для пациентов, подходящих по критериям отбора, длительное отслеживание состояния пациента после проведения процедуры и некоммерческий подход.

На этапе активных клинических испытаний сейчас находится огромное количество продуктов. Среди изучаемых патологий – проблемы опорно-двигательной, сердечно-сосудистой и нервной  системы, раны, ожоги, аутоиммунные заболевания, последствия инфарктов, инсультов, гепатитов и множества других заболеваний.

Как медицина использует стволовые клетки - изображение №1

Третья категория – коммерческие проекты клиник. Чаще такие продукты применяют в странах с непроработанной правовой базой, заявляя об «исцелении» различных патологий (от депрессии и импотенции до общего омоложения). По сути, такие клиники не дают пациенту никаких гарантий качества проводимых процедур. Они используют самые разные клетки – и мезенхимальные, и фетальные материалы (содержат коктейль активных клеток, использование которых без ряда мер предосторожности может закончиться печально).

Существуют и более добросовестные коммерческие проекты, которые опираются на научную базу и предлагают пациентам качественные клеточные продукты, но перед тем, как пользоваться их услугами, стоит узнать, в каких условиях происходит «производство» клеток, и согласно каким научным результатам выбираются методики.

Как из стволовых клеток выращивают органы

Процесс «выращивания» тканей и органов отличается от типичного «посадил зернышко – полил – ждешь урожай». Самоорганизация клеток в культуре происходит под влиянием разных факторов. Чтобы получить нечто, похожее на совокупность тканей (органоид), приходится создавать сложную систему условий: химические, физические, биологические факторы должны комплексно влиять на клеточный материал. Для создания структур, максимально приближенных к настоящим органам, часто прибегают к комбинированию синтетических или натуральных каркасов, напечатанных на 3D-принтере матриц и живых клеток, которые либо предварительно превращают в нужные типы, либо заселяют в «стволовом» состоянии, направляя их дифференцировку уже в нужном месте. Поэтому корректнее говорить про «создание» органов в лаборатории, а не про непосредственно их «выращивание».

Корректнее говорить про «создание» органов в лаборатории, а не про непосредственно их «выращивание».

Проще всего создавать полые органы: трахеи, мочевые пузыри, уши и носы. Кусочки сложных органов и тканей (легких, печени) уже пересаживали мышам, но успешные испытания на животных не гарантируют такого же эффекта у людей. Искусственный орган, максимально похожий на человеческий, может не попасть в область регуляции со стороны нервной, гуморальной и иммунной системы: ему сложно встроиться в нашу тонко сбалансированную внутреннюю среду. Лучшие лаборатории мира работают, чтобы исправить эту проблему, но радужных прогнозов пока не дают.

Невозможно сказать, когда использование искусственных органов из стволовых клеток станет рутинной процедурой: развитие науки – нелинейный процесс, и новые открытия могут как ускорить, так и затормозить создание клеточных продуктов. 

Вам будет интересно: