Современные клеточные технологии позволяют замещать дефекты практически всех тканей человеческого организма. Однако нервная ткань до сих пор оставалась непостижимой для тканевых инженеров. Теперь выясняется, что для её восстановления растить что-то в пробирке может и не понадобиться.
Стволовая клетка – это клетка, способная претерпевать асимметричное деление, в результате которого образуется одна клетка, идентичная материнской (самовоспроизведение) и вторая клетка, вступившая на путь превращения в клетку одного из более чем 220 известных цитофенотипов.
In vivo (в живом организме) клетка может стать и оставаться стволовой только в соответствующем микроокружении (клетки-соседи, межклеточное вещество). В культуре – при соответствующем составе культуральной среды и свойствах поверхности культурального сосуда; иногда необходимо присутствие других клеток – так называемых фидерных клеток.
Критерии «стволовости»»
1. Способность к неограниченному самовоспроизведению без изменения фенотипа и кариотипа.
2. Способность делиться симметрично или асимметрично.
3. Клоногенность, т.е. способность каждой ЭСК давать потомство, тождественное материнской клетке.
4. Способность к дифференцировке – потентность: тотипотентность, плюрипотентность, мультипотентность, олигопотентность, монопотентность.
5. Способность встраиваться в ткани донора после ауто- или аллотрансплантации.
У человека и млекопитающих выделяют: эмбриональные стволовые клетки, региональные стволовые клетки: пренатальные и постнатальные (взрослые) и зародышевые (герминальные) клетки.
Достаточно давно было известно, что стромальные стволовые клетки костного мозга обладают способностью направленно превращаться в клетки совершенно разных типов. Для этого достаточно лишь добавить в среду соответствующие вещества — аскорбиновую кислоту, дексаметазон, инсулин и так далее. То же самое постоянно происходит в организме в рамках нормального процесса регенерации — стволовые клетки с током крови попадают в ткань-мишень, затем делятся и дифференцируются — приобретают структуру и свойства высокоспециализированных клеток. При этом высокоспециализированные клетки уже не способны к пролиферации.
процесс, в ходе которого клетки стойко реализуют потенции к развитию до конечного морфофункционального состояния.
Подобная специализация сопряжена с приобретением новых свойств – чаще всего это способность синтезировать различные вещества, но и неизбежно связана с потерей способности к делению, или к дифференцировке в другие клеточные типы.
Дифференцировка клеток происходит как в развивающихся, так и в зрелых тканях и характеризуется экспрессией части генома. Основа дифференцировки - синтез цито- и тканеспецифичных белков. Она запускается в условиях in vitro («в пробирке») индуктором дифференцировки - веществом, которое может стимулировать дифференцировку стволовых клеток и клеток-предшественников в определённом направлении.
Некоторые клетки обладют способностью к дедифференцировке - утрате клетками специфических свойств с возвращением их морфофункциональной организации к более примитивному состоянию.
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия
Но их роль особенно высока в тканях — производных эндо- и эктодермы, таких как печень, различные виды эпителия, и самое главное — в нервной ткани.
В тканях такие стволовые клетки могут располагаться локально, тогда их выделение существенно облегчается. Это относится, например, к лимбальным стволовым клеткам роговицы, отвечающим за восстановление эпителия глаза, или предшественникам эпителиоцитов кожи, локализованным в волосяных мешочках. Более трудная для биологов ситуация — когда обладающие способностью к пролиферации и дифференцировке клетки рассеяны по ткани — тогда для выделения необходим, во-первых, большой образец ткани, а во-вторых — дорогостоящие методы, в результате все равно приводящие к изменению искомых клеток.
Основным методом современной тканевой инженерии остается забор небольшого образца ткани с помощью биопсии, затем выделение из него необходимых клеток, «разведение» их в условиях in vitro, создание трехмерной конструкции — «графта», схожего по свойствам с поврежденной тканью, а затем — имплантация в очаг повреждения.
Увы, такой подход не срабатывает для нервной системы.
Многочисленные попытки восстановить таким образом нервную ткань головного или спинного мозга до сих пор ни к чему не приводили.
Ученые из Монреальского неврологического института и Университета Вашингтона пошли альтернативным путем.
Они сообразили: коль скоро нервная ткань центральной нервной системы не восстанавливает себя при повреждении, подобно коже или печени, необходимо действовать на другом этапе регенерации.
(греч. taxis - расположение) — двигательные реакции свободно передвигающихся микроорганизмов и простейших растений, а также некоторых клеток многоклеточных организмов (зооспор, сперматозоидов, лейкоцитов) и отдельных частей клеток (ядер, пластид).
Процесс происходит под влиянием одностороннего раздражения, вызванного действием света (фототаксис), температуры (термотаксис), влаги (гидротаксис), тока жидкости (реотаксис), электрического тока (гальванотаксис), повреждения (травмотаксис), химических (хемотаксис), механических (баротаксис) и др. раздражителей.
По характеру реагирования на раздражение различают положительный — движения по направлению к раздражителю, отрицательный — движения от раздражителя и фоботаксис — движения «испуга», не ориентированные по отношению к источнику раздражения.
Характер может изменяться в зависимости от интенсивности действия раздражителя и состояния организма.
Таксис следует отличать от тропизмов - реакций на одностороннее раздражение отдельных органов растений или целых растений, прикрепленных к субстрату.
БСЭ
Как выяснилось, в нервной ткани все совсем наоборот. Филипп Хорнер, специалист по центральной нервной системе из Университета Вашингтона, пояснил, что присутствующие там стволовые клетки мигрируют от травмы, движимые сигналом неизвестной до недавнего времени природы.
Получается, что спинной мозг сам останавливает своё восстановление.
В публикуемой на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Science работе ученые показали, что в основе этого лежит отрицательный хемотаксис. Они протестировали ряд белков и определили, что ключевую роль играет белок нетрин-1.
В развивающейся нервной системе нетрин-1 определяет пути движения нервных клеток, обеспечивая формированием упорядоченных структур в пределах центральной нервной системы. Но в поврежденном спинном мозге он же удерживает стволовые клетки нервной системы от миграции в зону повреждения, не давая им образовать новые нейроны.
Заблокировав нетрин-1, ученые добились того, что стволовые клетки оставались в пределах раны.
Конечно, хотелось бы не только отключить отрицательный хемотаксис, но и запустить положительный, однако это уже следующий этап.
Данная пилотная работа должна изменить подход к восстановлению дефектов нервной системы. Возможно, она сможет сдвинуть с мертвой точки мало пока удачные в сравнении с другими областями регенеративной медицины попытки запустить восстановление нервной системы.
