СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ - настоящий вызов современной биологии. В новостных лентах ежедневно появляется информация о новых открытиях, связанных с изучением стволовых клеток. Например, о том, что ученые научились имплантировать стволовые клетки в зону сердечной мышцы, поврежденной при инфаркте миокарда, с целью активизации образования мышечной ткани, а также сосудов поврежденной области (такие операции с успехом проводятся во Франции, Бельгии, Германии и обещают стать повседневной практикой).
Или о том, что ведущие мировые лаборатории исследуют потенциал стволовых клеток в столь различных областях, как онкология, неврологические или сосудистые заболевания. Или о том, что французской команде ученых удалось воссоздать новую линию эритроцитов на основе стволовых клеток, и это открытие стало первым значимым шагом на пути создания искусственной крови. Эта же возможность замены отработанных или дефектных клеток новыми, чтобы «самовосстанавливать» ткани, не ускользнула от эстетической медицины, главная цель которой заключается в поиске новых решений, позволяющих бороться со старением кожи. Что ж, поезд в пути - так давайте определим его местоположение!
Прежде чем интересоваться биологическим применением стволовых клеток, давайте вначале попробуем понять, что они собой представляют. А для этого, прежде всего, необходимо вспомнить, что такое «клетка».
КЛЕТКА - элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. И если ее открытие восходит к концу XVII века, то идентифицировать ее в качестве биологической единицы живого мира удалось лишь в 1839 году, а процесс клеточного деления (митоз) впервые был описан в 1858 году. С тех пор исследования «тайн» клетки не прекращались и особенно ускорились во второй половине XX века благодаря эволюции электронных микроскопов. Очень быстро ученые обнаружили, что существует два больших типа клеток: эукариоты, которые обладают ядром, и прокариоты, у которых его нет (в случае бактерий).
Но в мире эукариотов тоже можно дифференцировать два типа клеток: животные (или человеческие) и растительные. Между ними немало сходства, но и различия значительны. Так, размер животных клеток составляет 50 мкм, а растительных - 200 мкм. Кроме того, различаются формирующие элементы: помимо тех, что были названы раньше, у растительных клеток есть хлоропласты, большие вакуоли и крепкая внеклеточная мембрана.
В обоих случаях нужно подчеркнуть значимость ядра, которое отвечает за тождество клетки, так как содержит ее генотип. К тому же напомним, что обновление клеток осуществляется путем удвоения: вначале клетка приступает к авторедупликации своей ДНК (чтобы располагать ею в двух экземплярах), а на втором этапе осуществляется митоз, то есть деление на две дочерние клетки с одинаковой ДНК (так как она была предварительно скопирована). Получается, что наши клетки обновляются согласно формуле 2n, где n - это количество последовательных митозов: например, применяя эту формулу, можно констатировать, что материнская клетка, прошедшая 7 последовательных митозов, породит 128 дочерних клеток, что позволяет представить себе невероятное количество миллиардов митозов, которые происходят в жизни как животной, так и растительной.
Крем от морщин (регенерирующий) с ДНК Алголоджи
Но вопрос в том, каково анатомическое или физиологическое назначение клеток? Иными словами, какой механизм «решает», какой окажется клетка - кожной, мышечной или сердечной? Ответ на этот вопрос дает теория стволовых клеток.
Что нужно знать о стволовых клетках
Именно на этом уровне - на уровне дифференциации клеток - процессы различаются, так как биология человека (или животного) абсолютно отличается от биологии растений. Давайте последовательно рассмотрим и ту и другую теорию.
СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ В БИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА
Клетку называют «эмбриональной стволовой» или «недифференцированной клеткой» в том случае, если она отвечает двум условиям:
- обладает способностью к самообновлению, то есть способностью сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки);
- обладает потентностью (дифференцирующий потенциал), или способностью давать потомство в виде специализированных типов клеток.
Стволовые клетки присутствуют в большом количестве на эмбриональной стадии и намного реже встречаются во взрослом организме. Так, если у эмбриона насчитывается одна стволовая клетка на 10 тысяч клеток, то у 60-летнего человека - одна на 500 тысяч.
Эмбрион 5 дней обладает тотипотентными стволовыми клетками (гигантские клетки, способные дифференцироваться во все типы клеток, то есть обладающие возможностью дать начало полноценному жизнеспособному организму).
Эмбрион 6 недель обладает плюрипотентными стволовыми клетками (клетки, которые могут дифференцироваться практически во все ткани и органы, за исключением экстраэмбриональных тканей - например, плаценты). Из этих стволовых клеток развиваются три зародышевых листка: эктодерма, мезодерма и энтодерма.
Плод обладает плюрипотентными и мультапотентными (порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка) стволовыми клетками (клетки пуповинной крови и плаценты).
Взрослый человек обладает плюрипотентными стволовыми клетками в линиях крови и центральной нервной системы.
Таким образом, на эмбриональной и фетальной (плодной) стадии внутриутробного развития стволовые клетки, дифференцируясь, позволяют предоставить весь клеточный капитал, необходимый для различных органов индивида. На основе стволовых клеток, идентичных вначале, путем специфической дифференциации получаются как клетки кожи, так и клетки крови или нервов. Поэтому обоснованное использование стволовых клеток в медицине открывает путь «замене клеток» в пораженных или больных тканях - это теория «биологического восстановления».
После удаления волос с использованием технологи лазерная эпиляция волосы восстановлению не подлежат в зонах использования диодного лазера.
СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ В БИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ
В биологии растений понятие стволовой клетки совершенно другое. По сути, в животном мире дифференциация ранняя и осуществляется главным образом в течение эмбриональной фазы (до конца 10 недели беременности), в то время как в растительном мире дифференциация поздняя и непрерывная - в том смысле, что она продолжается и в постэмбриональной фазе. Следовательно, нужно учесть понятие меристемы.
Меристема - обобщающее название для тканей растений, состоящих из интенсивно делящихся и сохраняющих физиологическую активность на протяжении всей жизни клеток, обеспечивающих непрерывное нарастание массы растения и предоставляющих материал для образования различных специализированных тканей. То есть это биологическая ткань растений, состоящая из недифференцированных клеток, которые образуют зону роста в месте, где происходит деление клеток; единственная растительная ткань, которая способна создавать новые клетки. Таким образом, меристема играет главную роль в развитии растений. Она не только создает все растение (ствол, листья, корни, цветы и плоды), но и отвечает за его листорасположение (определенное положение ветвей на стволе, потом листьев на ветвях).
Обобщая, можно сказать, что растительные меристемы:
- создают резервуар недифференцированных клеток, которые способны, согласно требованию, либо поддерживать себя в одном состоянии, либо создавать предшественников, способных следовать за процессом дифференциации;
- ложатся в основу всех тканей и органов растения (зачаточная линия в том числе);
- отвечают за неизменное функционирование растения в течение всего времени его жизни.
Вопрос о том, являются ли клетки меристемы аналогичными стволовым клеткам животных и человека, долгое время был предметом жарких дебатов в научной среде. И только к 2003 году накопилось достаточно данных, позволивших ответить на него утвердительно. Таким образом, было доказано, что:
- как и стволовые клетки животных, стволовые клетки растений делятся асимметрично. Это значит, что их потомки могут иметь различную судьбу - либо оставаться стволовыми, либо подвергаться дифференцировке;
- стволовые клетки животных и растений экспрессируют специфические молекулы, отличающие их от всех других клеток организма;
- потомки стволовых клеток животных и растений в определенных условиях могут быть возвращены в недифференцированное («стволовое») состояние;
- судьба как самих стволовых клеток, так и их потомков определяется микроокружением, в котором они находятся или в которое попадают - так называемой нишей стволовых клеток. Подчеркивая значение «ниши», ученые говорят, что стволовые клетки - это «временные оккупанты постоянного офиса»;
- стволовые клетки животных и растений дают начало клонам специализированных клеток.