Стволови клетки: какво са, видове и приложения в медицината

Стволови клетки: видове, свойства и съвременни медицински приложения — от терапии и регенерация до перспективи за лечение и иновации в медицината.

Стволовите клетки са клетки на тялото (соматични клетки), които могат да се делят и диференцират.

Когато организмът расте, стволовите клетки се специализират и поемат специфични функции. Например зрелите тъкани като кожа, мускули, кръв, кости, черен дроб, нерви имат различни видове клетки. Тъй като стволовите клетки все още не са диференцирани, те могат да се променят, за да се превърнат в някакъв вид специализирани клетки. Организмите използват стволовите клетки и за заместване на увредени клетки.

Стволовите клетки се срещат в повечето, ако не и във всички растения и животни. Те се делят и диференцират в редица клетъчни типове.Изследванията в областта на стволовите клетки са резултат от открития през 60-те години на миналия век.

Двата основни типа стволови клетки при бозайниците са ембрионални стволови клетки и възрастни стволови клетки, които се намират в тъканите на възрастните. В развиващия се ембрион стволовите клетки могат да се диференцират във всички специализирани ембрионални тъкани. При възрастните организми стволовите клетки действат като възстановителна система на организма, като попълват специализираните клетки, но също така поддържат нормалния оборот на кръвта, кожата и чревните тъкани.

Стволовите клетки могат да се отглеждат в тъканни култури. В културата те могат да бъдат трансформирани в специализирани клетки, като например мускулни или нервни. Високопластични стволови клетки за възрастни могат да се вземат от различни източници, включително кръв от пъпна връв и костен мозък. Сега те се използват в медицинските терапии, а изследователите очакват, че стволовите клетки ще се използват в много бъдещи терапии.

Ключови свойства

• Самообновяване — способност да преминат през многократни деления, без да губят незрелостта си.
• Пластичност/потентност — степента, до която една стволова клетка може да се диференцира в различни клетъчни типове (вж. по-долу).
• Диференциация — процесът на превръщане в специализиран тип клетка със специфична функция.

Видове според потенцията

• Тотипотентни — могат да образуват всички клетки на организма и плацентарните тъкани (например най-ранни зиготни клетки).
• Плурипотентни — могат да образуват почти всички клетки на тялото, но не и плацентата; типичен пример: ембрионални стволови клетки.
• Мултипотентни — ограничени до няколко свързани типа клетки (например хематопоетични стволови клетки дават различни видове кръвни клетки).
• Олигопотентни и унипотентни — могат да образуват още по-тясно ограничен набор или само един вид клетка.

Класификация по източник

• Ембрионални стволови клетки — извличат се от ранни ембриони; имат висока плаурипотентност, но поставят етични и регулаторни въпроси.
• Възрастни (соматични) стволови клетки — намират се в тъкани като костен мозък, мастна тъкан, черен дроб, кожа и др.; обикновено са мултипотентни.
• Стволови клетки от пъпна връв и плацента — Горноупоменатите кръв от пъпна връв съдържа хематопоетични и други клетки, използвани клинично.
• Индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSC) — създават се чрез пренареждане/ре-програмиране на зрели клетки; предоставят алтернатива на ембрионалните клетки и имат огромен потенциал за персонализирана медицина.

Приложения в медицината

• Трансфузионна и трансплантационна медицина — хематопоетичните стволови клетки от костен мозък или пъпна връв се използват за лечение на левкемии, лимфоми и други заболявания на кръвта чрез трансплантация.
• Регенеративна медицина — изследвания и клинични изпитвания целят регенерация на сърдечна тъкан след инфаркт, възстановяване при травми на гръбначния мозък, възстановяване на панкреасни бета клетки при диабет тип 1 и т.н.
• Офталмология — терапии с ленбални (ръбни) стволови клетки за възстановяване на роговицата и лечение на някои форми на слепота.
• Кожни и ортопедични приложения — използване на клетки за лечение на тежки изгаряния, ремонтиране на хрущял и кости.
• Моделиране на болести и тестване на лекарства — iPSC, получени от пациенти, служат за създаване на клетъчни модели на конкретни заболявания и за скрининг на лекарства.
• Генно-клетъчни терапии — комбиниране на стволови клетки с редакция на генома (например CRISPR) за корекция на генетични дефекти преди повторно вкарване в пациента.

Как се извършват процедурите и изследванията

Стволовите клетки се отглеждат в лабораторни тъканни култури при контролирани условия. Чрез специфични фактори (хормони, растежни фактори, химични сигнализатори) се насочва тяхната диференциация към желания клетъчен тип. Напредъкът в техниките за ре-програмиция (превръщане на зрели клетки в iPSC) и в редакцията на генома ускорява възможностите за персонализирани терапии и моделиране на заболявания.

Рискове и предизвикателства

• Имунологична реакция и отхвърляне — донорски клетки могат да предизвикат имунен отговор; собствените iPSC намаляват този риск, но са скъпи и комплексни за производство.
• Туморогенност — неправилно контролирана диференциация или остатъчни плурипотентни клетки могат да доведат до образуване на тумори.
• Генетична нестабилност — продължителната култивация и генетични модификации могат да внесат промени в ДНК.
• Етични и правни въпроси — използването на ембрионални клетки поражда етични дебати и различни регулации в различните държави.
• Технологични и икономически препятствия — мащабиране на производство, стандартизация, безопасност и високи разходи за клинични терапии.

Съхранение и биобанки

Пъпната връв, плацентата и други биологични материали могат да се съхраняват в биобанки за бъдещо използване. Това осигурява достъп до трансплантационно-годни клетки при нужда, но изисква дългосрочно съхранение и регулаторна рамка.

История и бъдеще

Изследванията в областта на стволовите клетки започват през 1960-те години (например откритията за хематопоетичните стволови клетки). През 2006 г. бяха разработени методи за извличане на iPSC, което революционизира полето; това достижение и приносите в клетъчната биология бяха отличени с Нобелова награда през 2012 г. за значим принос към разбирането и приложението на клетъчната пластичност.

Бъдещето включва множество клинични изпитвания, развитието на „органоиди“ (миниатюрни органи в лаборатория), по-безопасни методи за редакция на генома и персонализирани терапии. В практиката вече има одобрени терапии, най-вече в областта на хематологията и някои офталмологични лечения, а броят на одобрените приложения се увеличава постепенно.

Какво да запомним

• Стволовите клетки имат уникалната способност за самообновяване и диференциация.
• Има различни видове със своите предимства и ограничения — ембрионални, възрастни и индуцирани плурипотентни клетки.
• Клиничните приложения вече спасяват животи (напр. трансплантации на костен мозък), а потенциалът за регенеративна медицина е голям, но изисква време, допълнителни изследвания и регулиране за безопасна употреба.

Ембрионални стволови клетки

Ембрионалните стволови клетки (ES клетки) са стволови клетки, взети от вътрешната клетъчна маса на ранния стадий на ембриона, наречен бластоцист. Човешките ембриони достигат стадий бластоцист 4-5 дни след оплождането. По това време те се състоят от 50 до 150 клетки.

Състоянието на стволовите клетки и това, в какво ще се превърнат дъщерните клетки, се влияе от сигнали от други клетки в ембриона.

Колония от човешки ембрионални стволови клетки

Въпроси и отговори

В: Какво представляват стволовите клетки?

В: Къде се намират стволовите клетки?

В: Кога започват изследванията в областта на стволовите клетки?

В: Кои са двата основни типа стволови клетки при бозайниците?

В: Как организмите използват стволовите клетки?

В: Как изследователите могат да използват стволовите клетки?

Търсене по буква