Стволовые клетки и их медицинское значение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СРС по генетике

на тему: «Стволовые клетки и их медицинское значение».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Лагода А. А.

Группа: ОМ-13-036-2

Проверила: Нуртаева К. С. 

Алматы 2013

План:

I Введение.

II Стволовые клетки.

1. Определение.
2. История изучения стволовых клеток.
3. Классификация:

• Эмбриональные стволовые клетки;

• Фетальные стволовые клетки;
• Постнатальные стволовые клетки;
• Гемопоэтические стволовые клетки;
• Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки;
• Тканеспецифичные прогениторные клетки.

III Использование стволовых клеток в медицине: проблемы и перспективы.

IV Заключение.

Введение.

 

         Все  живые существа (как животные, так  и растения) состоят из клеток, образующих такни различных органов  и их систем. Клетка представляет  собой элементарную живую систему, основу строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Она может существовать как самостоятельный организм (простейшие бактерии), так и в составе многоклеточных организмов. Размеры клеток варьируются в пределах от 0,1 – 0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Число клеток в организмах зависит от их вида и возраста. Например, организм взрослого человека состоит из 1015 клеток, а число различных видов клеток в нем более 200.

         Подобно  любому живому существу, клетка способна питаться, расти и размножаться, вследствие чего её можно считать живым организмом. Отдельные её элементы лишены жизненных функций. Клетки, выделенные из различных тканей живых организмов и помещенные в специальную питательную среду, могут расти и размножаться, что широко используется в исследовательских прикладных целях.

        Термин  «клетка» впервые предложил  в 1665 г. английский естествоиспытатель  Роберт Гук для описания ячеистой  структуры наблюдаемого под микроскопом  среза пробки. Утверждение о том, что все ткани животных и растений состоят из клеток, составляет сущность клеточной теории. В экспериментальном обосновании клеточной теории сыграли важную роль труды немецких ученых ботаников Маттиаса Шлейдена (1804 – 1881) и Теодора Шванна (1810 – 1882).

        Несмотря  на большое разнообразие и  существенные различия во внешнем  виде и функциях, все клетки  имеют общее строение: они состоят  из трёх основных частей – плазматической мембраны, контролирующей переход вещества из окружающей среды в клетку и обратно, цитоплазмы с разнообразной структурой (органеллы – маленькие органы, окруженные своими мембранами, митохондрии – мешковидные образования с дыхательными ферментами, рибосомы – небольшие тельца, принимающие учасите в биосинтезе белка) и клеточного ядра с носителем генетической информации. Все животные и некоторые растительные клетки содержат центриоли – цилиндрические структуры, образующие клеточные центры.

       Не все  клетки организма многоклеточного  животного или растения одинаковы. Видоизменение клеток происходит постепенно в процессе развития организма. Каждый организм животного развивается из одной клетки – яйца, которое начинает делиться, в конечном результате образуется множество отличающихся друг от друга клеток – мышечные, нервные, кровяные и др. Различие клеток определяется прежде всего набором белков, синтезируемых данной клеткой. Во всех растений или организмов животных хранится полная генетическая информация для построения всех белков определённого вида организма, а в клетке каждого типа синтезируются лишь белки, которые ей нужны.

         Принято  считать, что главная причина  старения организма – утеря  генетической информации. Молекулы  ДНК постепенно подвергаются  мутациям, что приводит к гибели  клеток и всего организма. Повреждённые участки молекулы ДНК способны восстанавливаться благодаря репаративным ферментам. Хотя их возможности ограничены, но они играют важную роль в продлении жизни организма.

         Ежедневно мы встречаем множество разных людей, но даже не задумываемся, что каждый из нас произошел из одной единственной оплодотворенной яйцеклетки. Она содержит не только информацию об организме, но и схему его последовательного будущего развития. В течение первых пяти дней после зачатия в результате деления этой самой клетки образуется шарик из совершенно одинаковых неспециализированных клеток. Примерно через шесть — семь дней он образует бластоцисту, которая делясь, формирует за считанные недели все органы и ткани человека. А недавно стало известно, что стволовые клетки могут продлить жизнь.

        Конец ХХ-го века ознаменовался рядом крупнейших достижений молекулярной и клеточной биологии, открывающих широкие перспективы для создания принципиально новых и эффективных биомедицинских технологий, которые дадут возможность решить проблему лечения ряда тяжелейших заболеваний человека. Технология стволовых клеток - это своеобразный ящик Пандоры, который скрывает многие тайны жизни, - но какова цена таких открытий? В научном аспекте применение этой технологии кажется безграничным, но этические соображения и нормы уже сейчас ставят барьеры на пути ее развития. Отношение научного сообщества к замене или регенерации вышедших из строя органов с использованием стволовых клеток весьма неоднозначно: одни связывают с новым направлением большие надежды, другие относятся к нему с подозрением. Прежде чем методы терапии, основанные на применении стволовых клеток, войдут в медицинскую практику, придется преодолеть множество преград, как научных, так и общественно-политических. Необходимо рассматривать стволовые клетки с научной, этической и юридической точек зрения. Выражение «неполное знание хуже полного невежества» как нельзя более уместна в биотехнологии, где особенно необходимо досконально разобраться в вопросе, прежде чем высказываться «за» или «против».

 

 

 

        Стволовы́е кле́тки — недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей.

Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. Тем не менее, в процессе старения организма их количество уменьшается.

 

История изучения стволовых клеток

Первое предположение о существовании стволовых клеток было высказан русским ученым Максимовым А. А. (04.02.1874 – 04.12.1928). Максимов А. А. во многом предопределил направление развития мировой науки в области клеточной биологии. Его труды стали мировой научной классикой и до настоящего времени остаются одними из наиболее часто цитируемых среди работ отечественных исследователей.

Термин "стволовая клетка" Максимов А. А. предложил еще в 1908 году, чтобы объяснить механизм быстрого самообновления клеток крови. Он выступил с новой теорией кроветворения в Берлине на съезде гематологов. Именно этот год можно по праву считать началом истории развития исследований стволовых клеток.

Каждые сутки в крови погибают несколько миллиардов клеток, а им на смену приходят новые популяции эритроцитов, лейкоцитов и лимфоцитов. Максимов А. А. первый догадался, что обновление клеток крови — это особая технология, отличная от простых клеточных делений. Если бы клетки крови самообновлялись простым клеточным делением, это потребовало бы гигантских размеров костного мозга.

Несколько позже профессор московского НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи А.Я. Фриденштейн подтвердил предположение коллеги и, изучая возможности этих особых клеток, стал разрабатывать сферу их применения. Первые эксперименты по практическому использованию стволовых клеток были начаты еще в начале 1950-х годов. Именно тогда было доказано, что с помощью трансплантации костного мозга (основного источника стволовых клеток) можно спасти животных, получивших смертельную дозу радиоактивного облучения.

Понадобилось почти 20 лет, чтобы трансплантация костного мозга вошла в арсенал практической медицины. Только в конце 60-х были получены убедительные данные о возможности применения трансплантации костного мозга при лечении острых лейкозов.

В начале века ученые уже подозревали, что во многих тканях существуют клетки, способствующие регенерации (восстановлению) этих тканей и активизирующие деление обычных клеток. В 60-х годах советские ученые Александр Фриденштейн и Иосиф Чертков заложили основы науки о стволовых клетках костного мозга, доказав, что именно там главным образом и находится своеобразное депо замечательных клеток. Потом стало известно, что часть стволовых клеток мигрирует в крови, есть они и в различных тканях, в частности в кожной и жировой.

1970 год - Первые  трансплантации аутологичных (своих  собственных) стволовых клеток. Есть  сведения, что в 70-х годах в бывшем СССР делали «прививки молодости» пожилым членам Политбюро КПСС, вводя им 2-3 раза в год препараты стволовых клеток.

1988 год - Стволовые  клетки были впервые использованы  для трансплантации; мальчик, которому  была проведена операция, по сей  день, жив и здоров.

1992 год - Первая  именная коллекция стволовых  клеток. Профессор Дэвид Харрис "на  всякий случай" заморозил стволовые  клетки пуповинной крови своего  первенца. Сегодня Дэвид Харрис  – директор крупнейшего в мире  банка стволовых клеток пуповинной крови.

1996 год - За период  с 1996 года по 2004 год были выполнены 392 трансплантации аутологичных (собственных  стволовых клеток человека) стволовых  клеток. Так в 1996 году преимущественно  осуществлялась трансплантация  костного мозга.

1996 год –  Доказано, что облучение уничтожает раковые клетки, но убивает и только что пересаженные из костного мозга донора стволовые клетки. С начала 1996 года в РФ действует Закон "О радиоактивной безопасности населения".

1997 год - За предшествующие 10 лет в 45 медицинских центрах мира проведено 143 трансплантации пуповинной крови. В России проведена первая операция онкологическому больному по пересадке стволовых клеток из пуповинной крови младенцев.

1998 год - Первая  в мире трансплантация "именных" стволовых клеток пуповинной крови девочке с нейробластомой (опухоль мозга). Биологическая страховка сработала – ребенок спасен. Общее число проведенных трансплантаций пуповинной крови превышает 600.

В этом же году американскими учеными Джеймсом Томсоном и Джоном Беккером удалось выделить человеческие эмбриональные стволовые клетки и получить их первые линии.

В 1998 г. ученые нашли способ выращивать стволовые клетки в питательной среде.

1999 год - Журнал  «Science» признал открытие эмбриональных  стволовых клеток третьим по  значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».

В 1999 году между Санкт-Петербургским Государственным Медицинским Университетом имени академика И. П. Павлова и Европейским институтом поддержки и развития трансплантологии был заключен договор, согласно которому в Университете создается отделение трансплантации костного мозга, соответствующее всем международным требованиям. Открытие отделения произошло в июне 2000 года. Основная цель - выполнение трансплантации гемопоэтических стволовых клеток, в том числе и от неродственных доноров.

2000 год - В мире  проведено 1.200 трансплантаций стволовых  клеток пуповинной крови, из них  двести родственных. Шестилетний  ребенок с анемией Фанкони  вылечен с помощью стволовых  клеток пуповинной крови своего новорожденного брата. В этой истории интересно то, что второй ребенок был рожден после искусственного оплодотворения (ЭКО). Среди полученных эмбрионов был выбран один наиболее совместимый с реципиентом и не содержащий признаков болезни.

2001 год - Опубликованы  первые официальные данные о  возможности применения трансплантации  стволовых клеток пуповинной  крови у взрослых пациентов. Из  них более 90% с хорошим результатом.

В этом же году показана способность взрослых гемопоэтических и стромальных клеток костного мозга человека дифференцироваться в кардиомиоциты и гладкомышечные клетки, эта способность используется в регенеративной кардиологии.

2003 год - Журнал  Национальной Академии Наук США (PNAS USA) опубликовал сообщение о  том, что через 15 лет хранения в жидком азоте стволовые клетки пуповинной крови полностью сохраняют свои биологические свойства. С этого момента криогенное хранение стволовых клеток стало рассматриваться, как "биологическая страховка". Мировая коллекция стволовых клеток, хранящихся в банках, достигла 72.000 образцов. По данным на сентябрь 2003 г. в мире произведено уже 2.592 трансплантаций стволовых клеток пуповинной крови, из них 1.012 – взрослым пациентам.

В выпуске The Lancet от 4 января 2003 г. опубликовано два сообщения о результатах инъекции аутологичных (собственных) стволовых клеток костного мозга больным, страдающим тяжелой стенокардией или перенесшим инфаркт миокарда. Источником культивированных мононуклеарных клеток служил костный мозг, взятый из гребня подвздошной кости больного. Через несколько месяцев отмечено заметное улучшение перфузии миокарда и функции левого желудочка.

2004 год - Общая  мировая коллекция стволовых  клеток пуповинной крови приближается  к 400.000 образцов. В мире произведено  около 5.000 трансплантаций пуповинной крови. Для сравнения, число трансплантаций костного мозга за тот же период составило около 85.000.