Истощение стволовых пространств

   Анализ существующих на сегодняшний день теорий старения показывает, что камнем преткновения в них является, прежде всего, вопрос об идентичности механизмов старения клетки и многоклеточного организма. Огромный вклад в развитие учения о старении принадлежит В.В.Фролькису. Неординарное мышление и интересы академика В.В.Фролькиса касались эволюции продолжительности жизни таксонов, видов и индивидуумов, изменений ДНК и РНК, регулярных систем и математического моделирования, механизмов старения клетки и многоклеточного организма [1]. Именно в трудах В.В.Фролькиса мы нашли точку опоры для разработки нового взгляда на процесс старения и выработку основ идеологии клеточных технологий, рассматривая таковой с позиции «Теории истощения стволовых пространств в организме», основные положения которой предлагаются вниманию широкой научной общественности впервые:

1.              Старение представляет собой перманентные сокращения размеров стволовых пространств организма.

2.               Стволовое пространство - это пул регионарных («взрослых») стволовых клеток (мезенхимальные стволовые клетки, нейральные стволовые клетки, гемопоэтические стволовые клетки, клетки – предшественники эндокринного эпителия и др.), призваны восполнять клеточные потери определенной ткани в процессе ремоделирования организма.

3.                Ремоделирование – это обновление клеточного состава всех тканей и органов за счет клеток стволовых пространств, которое имеет непрерывный характер и продолжается в течение всей жизни в организме.

4.          Количество клеток в стволовых пространствах является генетически запрограммированным, что определяет ограниченность размера (пролиферативного потенциала) стволового пространства.

5.                Размеры стволовых пространств определяют скорость старения отдельных органов и систем организма.

6.                После исчерпания резервов стволовых пространств интенсивность и скорость старения многоклеточного организма значительно ускоряются и определяются механизмами старения соматических дифференцированных клеток.

7.               На этапе постнатального онтогенеза расширение стволовых пространств для увеличения продолжительности жизни возможно путем введения аллогенных эмбриональных плюрипотентных прогениторных либо аутоиммунных постнатальных стволовых клеток.

Эта теория легко объясняет гетерохронность, гетеротопность, гетерокатефтенность и гетерокинетичность процесса старения.

Исходя из основных положений «Теории истощения стволовых пространств в организме» потенциальные возможности использования клеток с разными уровнями пролиферации и дифференциации для увеличения продолжительности жизни можно представить следующим образом. Таблица №1:

Следует отметить, что основные положения теории стволовых пространств способны в корне изменить существующее представление не только о процессах старения, но и болезнях, а так же последствия их лечения:

-  Болезнь может быть следствием патологии клеток стволовых пространств;

- Истощение стволового пространства мезенхимальных стволовых клеток нарушает процессы ремоделирования соединительной ткани организма, что приводит к возникновению внешних признаков старости;

-  Истощение стволового резерва эндотелиальных клеток вызывает развитие артериальной гипертензии

- Малые размеры стволового пространства тимуса определяют его прогрессивную возрастную инволюцию;

- Преждевременное старение является следствием малых размеров всех стволовых пространств организма;

-  Медикаментозная и не медикаментозная стимуляция резерва стволовых клеток повышает качество жизни за счет сокращения ее продолжительности, т. к. уменьшает размеры стволового пространства;

-  Низкая эффективность современных методов лечения обусловлена их направленностью на соматическую клетку, а не на увеличение стволовых пространств организма.

-   Поддержание оптимальных объемов стволовых пространств организма за счет введения в него собственных либо эмбриональных стволовых клеток дает возможность существенно продлить качество и длительность жизни.

-   Выработка технологий, объемов, циклов и оптимальных методик ввода стволовых клеток будет являться первостепенной задачей современной медицины и косметологии.  

 [1]  - Фролькис В.В., Мурадян Х.К. Старение, эволюция и продление жизни. – К.: Наукова думка, 1992.-336с.

Открытие стволовой клетки стоит в одном ряду с такими великими достижениями человечества, как открытие двуспиральной цепочки ДНК или расшифровка генома человека. Журнал Science назвал 1999 год "годом стволовой клетки".
Стволовыми клетками называют клетки-предшественники, из которых образуются при необходимости все другие типы клеток, составляющие различные органы и ткани человека. Термин "стволовая клетка" впервые ввел в 1908 году русский гематолог из Санкт-Петербурга А.Максимов. Значительный объем исследований стволовых клеток проведен биологами А. Фриденштейном и И.Чертковым в России, в 60-х годах прошлого века. Именно они открыли мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в костном мозге, обладающие уникальной регенерационной способностью. Открытие это осталось практически незамеченным еще почти полвека. Бум в исследованиях в этой области начался с 1998 года, когда американскими учеными были открыты эмбриональные стволовые клетки человека и показана их способность дифференцироваться практически в любые типы клеток человеческого организма. Однако применение эмбриональных стволовых клеток во всем мире, включая Россию, в настоящее время заморожено, т.к. не доказана их безопасность в плане онкогенности.
Мезенхимальные же стволовые клетки, напротив, находят все большее применение в различных направлениях медицины.
Отличие эмбриональных и мезенхимальных стволовых клеток заключается в том, что первые могут быть получены на ранней стадии развития эмбриона человека (из внутренней массы бластоцисты -оплодотворенной яйцеклетки - или из зачатков половых органов на самых ранних этапах развития , буквально в первые дни), а вторые встречаются в течение всей жизни человека во всех его органах и тканях. Эмбриональные стволовые клетки значительно активнее мезенхимальных, обладают более высокой способностью размножения, большим потенциалом дифференцировки. Помимо мезенхимальных стволовых клеток выделяют еще гемопоэтические - клетки - предшественники клеток крови. Они встречаются в кровеносном русле в отличие от мезенхимальных, которые в крови циркулируют только при серьезных повреждениях организма. Отдельно можно выделить фетальные стволовые клетки, которые получают из абортивного материала. Во многих странах применение этих клеток также запрещено по морально-этическим соображениям.
Стволовые клетки встречаются во всех органах и тканях, а не только в костном мозге. Костный мозг является основным депо гемопоэтических стволовых клеток. Он содержит и мезенхимальные клетки, хотя содержание их в жире, например, заметно большее, чем в костном мозге. Неправильно думать, что нигде, кроме костного мозга, стволовых клеток нет. Исторически сложилось, что первые стволовые клетки были обнаружены именно в костном мозге, поэтому долгое время и считалось, что именно костный мозг содержит едва ли не все стволовые клетки организма. Позже их обнаружили в жире, коже, мышцах, печени, легких, сетчатке глаза, практически во всех органах и тканях организма. Мезенхимальные стволовые клетки, полученные из различных тканей, практически ничем не отличаются. Отличие заключается только в содержании определенных прогениторных клеток,- клеток, находящихся на пути к дифференцировке, у каждой ткани они свои.
В сформировавшемся организме человека имеется примерно 1012 клеток двухсот различных типов. Они требуют постоянного замещения по мере их старения и отмирания. Эту восстановительную функцию выполняют стволовые клетки, заполняющие определенные ниши во всех тканях и органах. Например, в коже они располагаются в дермальном слое.
На поверхности стволовые клетки располагаются специфические рецепторы, чувствительные к различным веществам (цитокинам), выделяющимся в местах повреждений. Уникальность и универсальность механизма репарации заключается в том, что стволовые клетки сами находят дорогу к местам повреждений в организме. С годами количество стволовые клетки снижается, потенциал их также угасает. Тем не менее, пока жив человек, живы его стволовые клетки, их можно выделить и вырастить и у очень пожилых людей. Конечно, у здоровых и молодых людей стволовых клеток, как правило, больше, но тенденция эта не абсолютна. Состояние стволовые клетки зависит от состояния здоровья, образа жизни, а не только от возраста.
Применение стволовых клеток для лечения и профилактики широкого спектра заболеваний привело к активному развитию клеточных технологий. В настоящее время в развитых странах созданы и функционируют многочисленные медицинские клиники различной специализации, которые используют стволовые клетки.

Пользуется популярностью такая услуга, как сохранение стволовых клеток в банках стволовых клеток. Эти банки позволяют выделить и хранить стволовые клетки при температуре жидкого азота практически неограниченное время.

Стволовые клетки.  Комментарий специалиста.

Доктор биологических наук А. Васильев

Говоря о стволовых клетках, часто смешивают понятия. Во-первых, эмбриональные стволовые клетки - это совсем не то же самое, что постнатальные стволовые клетки. Во-вторых, клетки из эмбрионов и эмбриональные стволовые клетки- это тоже совсем разные вещи.

Теперь давайте по порядку. После того как две клетки, мужская и женская слились и образовалась зигота, они начинаю дробиться. Образуется бластоциста, или бластула. Она получается и при искусственном оплодотворении. Под оболочкой она содержит клетки, которые делятся. Это клеточная масса дает начало всему организму, и как раз эти клетки называют эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Их можно достать из бластулы, причем на той стадии, когда из них можно получить весь организм. А кроме того, уже разработана перевернувшая мир технология, которая позволяет культивировать ЭСК, а также обрабатывать их определенными агентами, что бы заставить дифференцироваться в ту или иную ткань. Появилась возможность, условно говоря, выращивать не весь организм, а какие-то отдельные органы и ткани, например ткань мозга, кожи или печени. При этом надо помнить о том, что органы и ткани обычно состоят из клеток разного происхождения. Кожа, например, состоит из двух типов кожи и некоторых дополнительных.

Если бластула развивается нормально, ее клетки делятся, и она увеличивается в размерах. Далее клетки формируют три компартмента, которые называют тремя зародышевыми слоями, листками или лепестками: наружный (эктодермальный), средний (мезодермальный) и внутренний (энтодермальный). И каждого может получиться определенный набор тканей или органов, или их составляющих. Эпидермис кожи, например, образуется из эктодермальных клеток, а дерма из мезодермальных.

Дальнейшая жизнь клеток насыщена событиями – начинается закладка тканей и органов, эти события схематично можно изобразить в виде дерева, ствол которых представлен ЭСК, три основные ветви –  зародышевыми листками и образующими из них тканями. Встает вопрос, взяв уже детерминированные в какой то степени клетки из одного листка можно ли превратить их в клетки другого листка? Другими словами, возможна ли трансдифференцировка?

Кроме того, есть предположения, что при эмбриогенезе в каждой из закладок остаются клетки, которые не детерминированы. Предполагается, что они плюрипатентны, что и ЭСК. Они переходя во взрослый организм и сохраняются где то в тканях. Есть гипотеза, что их можно переместить из одного компартмента в другие. И еще один феномен. Есть ткани, которые постоянно обновляются благодаря специально клеточному компартменту – постнатальным стволовым клеткам. Они детерминированы и способны давать клетки определенного типа. Такие стволовые клетки делятся неравномерно, то есть одна из дочерних клеток идет по пути детерминации, а другая остаются стволовой. Они имеют, огромный пролиферативный потенциал и способны быстро делится, хотя это не значит, что они на самом деле будут быстро делиться.

Измеряем ли пролиферативный потенциал разных клеток? Это зависит от типа ткани, но вообще он больше чем они успевают использовать за время человеческой жизни. Определенное, небольшое количество этих стволовых клеток действительно делится, остальные сидят в покое. Они активируются и начинают делиться при регенерации: после того происходит большая кровопотеря, тяжелый ожег кожи и так далее. Это тканевые, или региональные стволовые клетки. Их нашли в разных органах: и в мозгу, и в мышцах, и эпителии, в частности в эпидермисе.

Встает вопрос: можно ли из этих клеток получить другой тип ткани? Это сегодня один из самых жгучих вопросов. Литературы на эту тему море, но никто еще не доказал, что возможно «перепрыгивание» из одного зародышевого листка в другой. Пока все эксперименты доказывают, что пластичность возможна лишь внутри одного зародышевого листка.

Чем клетки разных зародышевых листков отличаются друг от друга? Есть ли метки, маркеры для клеток каждого зародышевого листка? Они отличаются чрезвычайно, но с маркерами не все ясно. Критерии стволовой клетки не структурные, а функциональные: способность долго оставаться в покое, огромный пролиферативный потенциал,  способность возобновлять популяцию и так далее. Таким образом, строгих маркеров на стволовую клетку нет. Маркеры на стволовую клетку и на дочернюю клетку есть, но не абсолютные, они перекрываются. Если бы они существовали, все было бы намного проще. Каждый маркер дает ошибку с вероятностью примерно до 30%, это в лучшем случае. То есть маркер стволовой клетки находится на клетке, а она не стволовая, или наоборот. Это не считается хорошим, достоверным маркером. Поэтому берут не один маркер, а два-три. Только тогда можно определять стволовые клетки. Конечная проверка функциональная – поведение при посадке в организм.

Мнение, что стволовые клетки  полезнее, чем зрелые клетки, неверно в корне. На самом деле пересадка одних стволовых клеток бессмысленна, так как они являются покоящимися клетками, делятся редко и способствуют поддержанию клеточной популяции. А при лечении, закрытии какого либо дефекта, будут использованы дифференцированные клетки, так как они уже выполняют свою специфическую функцию. Клеточная культура, используемая для пересадок, должна быть гетерогенна, то есть содержать и стволовые, и дифференцирующие клетки.

стволовые клетки