Стволовые клетки: виды, уникальность и пластичность. 
Проблемы генной и клеточной терапии

Изучение и использование в клинике стволовых клеток представляет одну из самых «горячих» точек современной биологии и медицины. Интерес к ним вызван главным образом возможностью их применения в генной и кле-точной терапии.

В отличие от прочих клеток стволовые не специализированы, имеют высокую репродуктивую (пролиферативную) активность, способны к само-поддержанию в течение долгого времени и могут давать начало специализи-рованным клеточным типам. Стволовые клетки присутствуют как в эмбрио-нальных тканях, так и во взрослом организме. Основной их функцией во взрослом организме является физиологическая замена отслуживших свое дифференцированных клеток и восстановление клеточного состава повреж-денных в силу тех или иных причин тканей, поэтому наиболее перспектив-ной областью применения стволовых клеток, скорее всего, станет репаратив-ная медицина (заместительная терапия).

1 Виды стволовых клеток

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) являются классическими стволовыми клетками, поскольку они способны к бесконечному самообнов-лению и имеют мультипотентный дифференцировочный потенциал. Их ис-точником обычно являются первичные половые клетки, внутренняя клеточ-ная масса бластоцисты или отдельные бластомеры зародышей 8-клеточной стадии, а также клетки морулы более поздних стадий. Эмбриональным ство-ловым клеткам свойственна самая большая из всех категорий стволовых кле-ток теломеразная активность, которая обеспечивает им способность к бес-прецедентному самообновлению (больше 230 клеточных удвоений в пробир-ке; тогда как дифференцированные клетки делятся примерно 50 раз в течение жизни).

В лабораторных условиях эти клетки способны дифференцироваться в различные типы как эмбриональных клеток, так и клеток взрослого организ-ма. Они обладают нормальным кариотипом и в контролируемых условиях могут быть клонированы и многократно воспроизведены без изменения их свойств [4, стр. 9−12].

На первый взгляд, ЭСК наиболее подходят для использования в репа-ративной медицине. Однако хорошо известно, что при трансплантации в ор-ганизм ЭСК способны порождать новообразования — тератомы. Поэтому пе-ред применением ЭСК в клеточной терапии необходимо провести их диффе-ренцировку в нужном направлении и убрать из популяции ЭСК клетки, по-тенциально способные привести к образованию тератом. Еще одна проблема, которую приходится преодолевать при использовании ЭСК — необходимость так или иначе обеспечить их гистосовместимость с организмом реципиента. Наконец, трудно оставить без внимания этическую сторону использования клеток эмбрионов человека для получения ЭСК.

Стволовые клетки присутствуют во многих органах и тканях взрослых млекопитающих: в костном мозге, крови, скелетных мышцах, зубной пульпе, печени, коже, желудочно-кишечном тракте, поджелудочной железе. Боль-шинство этих клеток слабо охарактеризованы. По сравнению с ЭСК, стволо-вые клетки взрослого организма имеют меньшую способность к самопод-держанию, и хотя они дифференцируются во множество клеточных линий, но не обладают мультипотентностью. Теломеразная активность и, соответст-венно, пролиферативный потенциал у стволовых клеток взрослого организма высоки, но все же ниже, чем у ЭСК. Предполагается, что наименее диффе-ренцированные стволовые клетки находятся в организме в состоянии покоя. В случае необходимости запускается необратимый процесс их поэтапного созревания в определенном направлении дифференцировки.

Из стволовых клеток взрослого организма наиболее хорошо охаракте-ризованы стволовые кроветворные клетки (СКК). Это клетки мезодермаль-ного происхождения. Они дают начало всем видам кроветворных и лимфо-идных клеток. В норме кроветворение в организме, по-видимому, поддержи-вается в основном за счет постоянно сменяемого небольшого числа относи-тельно короткоживущих клеточных клонов. Стволовые кроветворные клетки при определенных условиях способны к самоподдержанию и могут быть простимулированы к дифференцировке.

Уже несколько десятков лет ткани костного мозга успешно применяют для лечения различных заболеваний крови (например, лейкозов), а также ра-диационных поражений организма, восстанавливая с их помощью нарушен-ные функции кроветворных и лимфоидных органов. Для этого обычно про-водится трансплантация костного мозга; в последнее время используется и пуповинная кровь. Популяция СКК служит потенциальным источником для предшественников эндотелиальных клеток, что делает возможным примене-ние СКК для лечения ишемической болезни и инфаркта миокарда.

Еще одна категория клеток, которая в настоящее время интенсивно изучается, — это стволовые клетки нервной ткани (СКНТ). Эти клетки перво-начально были найдены в субвентрикулярной зоне эмбрионального головно-го мозга. До недавнего времени считалось, что головной мозг взрослого ор-ганизма не содержит стволовых клеток. Однако эксперименты на грызунах и приматах, а также клинические испытания с привлечением волонтеров пока-зали, что СКНТ продолжают присутствовать и во взрослом головном мозге. Стволовые клетки нервной ткани могут быть «нацелены» как на пролифера-цию, так и на дифференцировку в различные типы нейронов. Как эмбрио-нальные СКНТ, так и СКНТ взрослого организма, трансплантированные в головной мозг, могут генерировать нейрональные и глиальные клетки. Хотя неизвестно, какова продолжительность самообновления стволовых клеток нервной ткани, в лабораторных условиях их можно культивировать в течение длительного периода.

Стромальные клетки-предшественники и мезенхимальные стволовые клетки (МСК) были открыты около 30 лет назад. Это своего рода универ-сальные клетки, которые содержатся в костном мозге, в своеобразном депо, где они хранятся «про запас». Они способны к интенсивной пролиферации, могут дифференцироваться во многие клеточные типы и трансплантабельны. При необходимости они поступают в поврежденный орган или ткань и пре-вращаются в нужные специализированные клетки. Каждая колония стро-мальных клеток является клоном, то есть образуется путем пролиферации одной клетки, которая была названа колонеобразующей клеткой фибробла-стов (КОК-Ф). У животных и человека в физиологических условиях величи-на эффективности клонирования КОК-Ф колоний остается относительно ста-бильной и является важным параметром скелетного статуса, что указывает на роль КОК-Ф в патофизиологии дефектов кости и костного мозга.

Получено много данных о том, что в противоположность кроветворным стволовым клеткам костномозговые КОК-Ф представляют собой местную популяцию, то есть не мигрируют из одной части организма в другую и, со-ответственно, не приживаются при инфузии. Жаль, если эта проблема не найдет своего решения — ведь для лечения таких распространенных костных заболеваний, как остеопороз или незавершенный остеогенез, когда нельзя трансплантировать генетически измененные стромальные клетки во все об-ласти поражений, возможность их доставки через циркулирующую систему выглядит очень желательной. В целом же, вопрос о возможности миграции стромальных клеток, а также о факторах, благоприятствующих ей, остается открытым.

Стромальные клетки-предшественники выполняют также очень важ-ную роль, обеспечивая специфическое микроокружение, необходимое для пролиферации и дифференцировки гемопоэтических и иммунокомпетентных клеток на территории кроветворных и лимфоидных органов. Таким образом, «корректировка» нарушений микроокружения в принципе может проводить-ся именно через эту категорию клеток [2, стр. 25−28].

Значительный интерес для клинического применения представляют ме-зенхимальные стволовые клетки, которые входят в состав популяции стро-мальных клеток-предшественников костного мозга. Их использование нача-лось с успешного лечения несросшихся костных переломов размноженными в культурах аутологическими стромальными клетками костного мозга. До сих пор репарация костной и хрящевой ткани остается одной из наиболее важных областей применения МСК. С помощью трансплантации этих клеток удалось добиться успехов в лечении тяжелого контингента больных с лож-ными суставами, несросшимися переломами и хроническим остеомиелитом, остеоартритом. Принципы применяемых при этом биотехнологичеких мето-дов яляются универсальными и могут использоваться также для лечения больных с дефектами костной ткани различной локализации (травматология, ортопедия, нейрохирургия, черепно-лицевая хирургия, стоматология-имплантология).

Клетки костного мозга и МСК могут быть использованы и в терапии ишемической болезни сердца, поражений конечностей и головного мозга, а также для лечения инфарктов миокарда. Это еще одна область применения МСК, которая находится на стадии предклинических испытаний. В лабора-торных исследованиях, проведенных на животных, и при лечении инфарктов миокарда у людей, костномозговые СК трансплантировались в область ин-фаркта либо прямой инъекцией, либо посредством их внутрисосудистого введения. В результате удалось достичь реального уменьшения зоны инфарк-та. Однако прежде, чем терапия СК взрослого организма будет осуществ-ляться в полном объеме, необходимо дополнительное проведение клиниче-ских испытаний и хорошо спланированных клинических исследований, ко-торые позволят сделать окончательное заключение о безопасности и эффек-тивности предложенного метода.