Защо стволовите клетки са универсално решение за редица медицински проблеми и какво трябва да знаем за тях.

Всеки ембрион започва своето начало от една оплодена яйцеклетка, която в последствие се развива в човешко тяло, съставено от трилиони клетки, всяка от тях специализирана в определена функция и тъкан. Тъй като ембрионалните стволови клетки могат да се превърнат във всеки тип тъкан, това има потенциала да лекува безброй различни медицински състояния – изграждане на увредена или липсваща тъкан, забавяне на дегенеративни заболявания, дори изграждане на нови органи. Учените непрестанно работят върху възможността за манипулиране на този мощен инструмент.

Стволовите клетки могат да се превърнат във всеки вид тъкан. Известни са три вида:

• Ембрионални стволови клетки – могат да се превърнат във всеки от 220 различни вида клетки в човешкия организъм, което се наричаплурипотентност.

• Възрастни стволови клетки – по-малко пластични и с по-малка възможност за развитие, но все пак запазват способността си да генерират мускулна или нервна тъкан.

• Индуцирани плурипотентни стволови клетки – генетично препрограмирани кожни клетки, които възвръщат свойствата си на стволови клетки.

Морален дебат

През 1998 година учените откриват начин да използват ембрионални стволови клетки за медицински цели, а методът става обект на ожесточен дебат. За да получат клетките, учените пробиват стената на ембриони в ранен стадий на развитие и извличат клетъчна маса от вътрешността, което унищожава ембриона. След това стволовите клетки се култивират и индуцират за развитие в определен вид клетка за тялото.

Опонентите, които вярват, че живота започва в момента на оплождането, категорично отхвърлят метода на разрушаване на ембриони. Защитниците на метода опонират, че голяма част от новите клетки могат да бъдат резултат на дарения, или неизползвани ембриони от двойки, подлагащи се на процедури за оплождане, както и че повече от една трета от зиготите така и не биват имплантирани, и биха били унищожени така или иначе.

През 2007 година учените демонстрират, че е възможно да се препрограмира възрастна кожна клетка, за да придобие свойствата на ембрионална такава. Този вид клетки не са същите, като ембрионалните, но имат почти същата функционалност, което повишава броя на поддръжниците на опитите със стволови клетки.

Кратка история

• Още през 1961 година Ърнест МакКълок /Ernest McCulloch/ и Джеймс Тил /James Till/ изолират стволови клетки от костен мозък на мишки.

• 1962 – Джон Гърдън /John Gurdon/ премахва ядрото на яйцеклетка на жаба и го замества с ядро от възрастна клетка от попова лъжичка. Израства жаба, което показва, че възрастните клетки съдържат необходимата генетична информация, за изграждане на нови клетки.

• 1981 – Мартин Еванс /Martin Evans/ и Матю Кауфман /Matthew Kaufman/изолират стволови клетки от ембрион на мишки и ги култивират в лаборатория. Гейл Мартин /Gail Martin/ демонстрира същото и въвежда термина ембрионални стволови клетки.

• 1998 – Джеймс Томсън /James Thomson/ изолира стволови клетки от човешки ембрион.

• 2006 – Шиния Яманака /Shinya Yamanaka/ идентифицира и активира малък брой гени на мишки в зададена тъкан показвайки, че те могат да бъдат препрограмирани да се държат като първоначални стволови клетки.

• 2007 – Яманака и Томсън успяват да препрограмират възрастни кожни клетки в индуцирани плурипотентни стволови клетки.

• 2012 – Гърдън и Яманака си поделят Нобелова награда по физиология и медицина.

Днешни дни

Стволовите клетки могат да бъдат манипулирани да изпълняват различни функции, но се нуждаят от правилните условия. Те получават сигнали за това какви трябва да бъдат от хранителните вещества в средата; от интензитета на електрическите сигнали; от нивата на кислород и дори движението в тъканите. Всички тези фактори, включително и пространствената структура около тях, са индикатори за стволовата клетка къде се намира и в какво трябва да се превърне.

Учените разработват различни начин да пресъздадат желаната околна среда в лабораторни условия и в същото време разработват нови методи за третиране, които са революционни в медицината – регенериране на увредена тъкан, изграждане на липсващи мускули, дори изграждане на примитивни органи за тестове на лекарства.

Епителни клетки за ретина

В САЩ. свързаната с възрастта макулна дегенерация е водеща причина за загуба на зрението при хора над 65 годишна възраст и засяга над 15 млн. души. Заболяването възниква, когато слоят от клетки в задната част на окото, фоточувствителните клетки в ретината, започнат да дегенерират.

Според проучване, е открит начин за култивиране на стволови клетки от ретината, след което с инжектиране на около 50 000 здрави клетки, може да се обърне прогресирането на заболяването. Опитите са успешни при мишки. Надеждите са за започване на клинични тестове с хора до две години.

Мускулни тъкани

Мускулите са едни от най-регенеративните тъкани в тялото, и са пълни с възрастни стволови клетки, готови да поправят увредена или разтегната при спорт връзка. Учените обаче се сблъскват с мистерия – когато се опитват да култивират тези клетки в лаборатория, те често загубват способността си да се превръщат в мускулни клетки, губят вродената си способност за регенериране.

Отговорът е изграждането на триизмерна микро-околна среда, която стимулира клетките да се превръщат в мускулна маса. Надеждите са един ден тази технология да се използва в случаи на мускулна дистрофия, при която тялото атакува собствената си мускулна тъкан.

При този метод клетките се получават чрез биопсия, поставят се в подходящи условия и триизмерни структури, като с помощта на хидрогел се имитира геометричната форма на кръвен тромб. Това провокира реакция от клетката, която бързо се превръща в мускулна.

Живи неврони в лабораторна среда

Във фармацевтичната индустрия, технологиите със стволови клетки позволяват да се изследват заболявания на мозъка в лаборатория, както и да се тестват лекарства. Вземат се кожни или кръвни клетки от пациенти със определени заболявания. След това клетките се превръщат в стволови и манипулирани да станат неврони. Всяка клетка в човешкото тяло носи една и съща генетична информация, така че новите неврони са идентични с тези на пациента, и имат същите дефекти. Така могат да се използват за тестове на лекарства или хипотези за възникване на заболяването.

Бял дроб

Архитектурата на белия дроб е изключително сложна. Вдишваме през трахеята, която бързо се разклонява в огромен лабиринт, където кръвта получава кислород от въздуха. Съществуват 23 вида разклонения и стотици милиони балончета с размери 200 микрона в диаметър, пълни с капиляри.

Биоинженерът Лора Никласън /Laura Niklason/ от университета Йейл взема бял дроб от донор, и го потапя в смес от различни химикали и соли за отмиване на клетъчните компоненти. Това което остава, е грубото скеле, съставено от структурни протеини. След като скелето се измива, то се покрива със стволови клетки и се поставя в биореактор, който поддържа естествената околна среда на белия дроб – от физическите сили до химичния състав.

Симулира се кръвоснабдяване и дори дишане. Никласън се осланя на различни химически маркери, останали в белия дроб, да насочват стволовите клетки към правилната им локация. Много от тези маркери са клетъчни протеини, останали дори и след премахването на клетките.

При опитите с мишки Никласън използва основи на бял дроб от други животински видове. При опити с човешки бял дроб, тя използва възрастни стволови клетки, и разработва съответния протокол за индуциране на стволови клетки за превръщането им в различни видове белодробни клетки.

 източник