Наш организм постоянно поддерживает баланс образующихся и умирающих клеток. При этом появление новых клеток и их дальнейшие превращения хотя и хорошо изучены, но мало поддаются управляемому контролю. В ходе этого процесса из одной клетки-предшественницы зачастую могут образовываться сотни тысяч и миллионы потомков. И если в эмбриональном развитии это в порядке вещей, то во взрослом организме отнюдь не все клетки сохраняют такую уникальную способность.
Клетки крови играют ключевую роль в доставке кислорода к тканям, защитных реакциях организма и гемостазе. Эритроциты живут в среднем 120 суток, тромбоциты - 7-10 суток, а гранулоциты - всего 6-8 часов. Дольше всех (иногда - годами) могут жить лимфоциты , однако лимфопоэз неэффективен - лишь около 5% клеток в процессе созревания проходят отбор в костном мозге и тимусе и попадают в кровь.
Ежедневно в организме взрослого человека весом 70 кг погибают более полутриллиона дифференцированных клеток, включая 200 миллиардов эритроцитов и 70 миллиардов нейтрофилов .
В норме скорость образования клеток крови равна скорости разрушения, но в ответ на увеличение потребности один или несколько клеточных ростков гиперплазируются .
Таким образом, поддержание постоянства состава крови требует непрерывного образования новых клеток. Этот процесс называется кроветворением. Он обеспечивается стволовыми кроветворными клетками - небольшой (0,01%) фракцией костномозговых клеток, из которых возникают все клетки крови.
Гематопоэз — это процес генерации зрелых клеток крови , которых за день организм человека производит не много не мало 400 миллиардов. Гематопоэтические клетки происходят от очень небольшого числа тотипотентных стволовых клеток , которые дифференцируются, давая все линии клеток крови. Тотипотентные стволовые клетки наименее специализированы. Более специализированы плюрипотентные стволовые клетки. Они способны дифференцироваться, давая только определенные линии клеток. Различают две популяции плюрипотентных клеток - лимфоидные и миелоидные.
Лимфоидные плюрипотентные клетки дают при дифференцировке В- и Т-лимфоциты.
Миелоидные - дают множество клеток, включая эритроциты, нейтрофилы, моноциты, переходящие в макрофаги, дендритные клетки, которые, играют очень важную роль в иммунном ответе, и являются антиген представляющими клетками , эозинофилы, базофилы и мегакариоциты, дающие в свою очередь тромбоциты (Platelets). Эти клетки являются зрелыми. Они уже неспособны к пролиферации. Между плюрипотентными и зрелыми клетками находятся еще более, чем плюрипотентные клетки, специализированные прогениторные клетки (progenitor cells). Однако они также способны к значительной пролиферации.
Лимфоидная линия (lineage) включает в себя В- и Т-клеточные линии. Миелоидная линия включает эритроидную, гранулоцитную (дающую нейтрофилы, предназначенные для борьбы с инфекцией), макрофаговую ( дающую макрофаги), дендритную и мегакариотическую линии. Первичным местом гематопоэза является красный костный мозг .
При угнетении кроветворения симптоматика появляется по мере убыли нормальных клеток. Так как первыми исчезают гранулоциты , вначале снижается устойчивость к инфекциям; позднее присоединяется тромбоцитопеническая кровоточивость . Бледность , слабость и одышка при нагрузке (результат убыли эритроцитов ) появляются в последнюю очередь.
Образование кровяных клеток (гемопоэз) по необходимости подвергается сложному контролю, при котором количество клеток каждого типа регулируется индивидуально, в соответствии с меняющимися потребностями.
Позже теория многократно уточнялась и усложнялась, обрастала все новыми подробностями, но идея осталась прежней — в костном мозге есть клетки-предшественники, способные при делении дифференцироваться во все клетки крови, а также поддерживать свою собственную популяцию. В современной литературе этих «прабабушек» всех клеток называют гематопоэтическими стволовыми клетками – ГСК (hematopoietic stem cells – HSC).
Для их потомков было открыто свойство пластичности – способности передифференцироваться в другие клеточные элементы, а также их ключевая роль в формировании сосудов. Это дало надежду ученым в борьбе с ишемическими инфарктами и инсультами, что и по сей день остается одним из актуальнейших направлений для исследований.
На заре иммунологии считалось, что эти клетки располагаются исключительно в костном мозге, что позволило лечить тяжелейшие опухоли кроветворной системы и дефицит образования крови с помощью пересадки костного мозга.
- это антигены, находящиеся на поверхности клеток, своеобразные маркеры, по которым одни клетки отличаются от других. То, какие метки находятся на поверхности клетки, зависит от ее вида (Т-лимфоцит, В-лимфоцит и т.д.) и ее зрелости – стадии дифференцировки и развития. Чаще всего для клетки характерен определенный, уникальный CD, хотя иногда для описания фенотипа требуется 3-4.
Метки нумеруются по очереди в соответствии с тем, когда они были открыты: чем раньше был открыт кластер, тем меньше у него номер. На сегодняшний день их больше полутора сотен. Выявляются с помощью моноклональных антител.
Самый известный — CD34, экспрессируемый наиболее ранними предшественниками клеток крови, CD2 - кластер Т-лимфоцитов, NK-клеток, CD3 - кластер Т-лимфоцитов, CD4 - кластер Т-хелперов и моноцитов, CD8 - Т-супрессоры, CD16 - NK-клетки (натуральные киллеры), CD72 - В-клетки и другие.
Современные приборы, подобные проточному цитометру, позволяют оценивать количество клеток того или иного типа в потоке крови. Более того, их можно даже сортировать, выделяя нужные для дальнейшей работы (или трансплантации) клетки. Инструмент работает наподобие электронной трубки телевизора, отклоняющей пучок электронов с помощью разности потенциалов пластин. Только в данном случае в качестве электронов выступают клетки, и прибор управляет не пучком, а отдельными капельками.
Метод цитометрии сформировался за последние 30 лет на основе опытов по подсчету числа частиц и определению их размеров. В 1965 году появилось первое сообщение о клеточном сортере, а в 70-х годах стали выпускать приборы,способные измерять интенсивность флуоресценции при двух и более длинах волн и определять сразу несколько клеточных параметров.
В настоящее время цитометрию принято подразделять статическую и проточную. В первом варианте цитометрии могут быть использованы конфокальные микроскопы, а также более простые и дешевые системы анализа изображений, смонтированные на основе обычных люминесцентных микроскопов. Наблюдения с помощью второго варианта цитометрии осуществляются с помощью специальных приборов - проточных цитометров и сортеров.
Существует много методик, которые с одинаковым успехом можно воспроизводить как с помощью проточной, так и статической цитометрии. В некоторых случаях статическая цитометрия позволяет получить более обширную информацию о клетках, но ее производительность несколько меньше проточной.
Принципы проточной цитометрии весьма просты. Клетки или ядра поодиночке пересекают сфокусированный световой пучок, обычно лазерный. Свет определенной длины возбуждает молекулы флуоресцирующих красителей, связанных с различными клеточными компонентами, при этом может происходить одновременное возбуждение нескольких разных красителей, что позволяет оценить сразу несколько клеточных параметров. Свет, испускаемый красителями, собирают с помощью системы линз и зеркал и разлагают на компоненты. Световые сигналы детектируют, преобразуют в электрические импульсы и далее в форму, удобную для компьютерной обработки и хранения информации.
В настоящее время выпускаются два основных типа приборов для проточной цитометрии:
1.простые в использовании аппараты, которые могут измерять флуоресценцию при двух и более длинах волн и светорассеяние под углом около 10 градусов (малоугловое прямое рассеяние) и 90 градусов;
2.большие клеточные сортеры, которые не только измеряют пять и более клеточных или ядерных параметров, но и сортируют частицы с заданным набором этих параметров.
Flowcytometry.ru
Клетки-предшественники на ранних стадиях дифференцировки имеются и в пуповинной крови.
Это послужило толчком для развития гемабанков, консервирующих клетки пуповинной крови, которые в дальнейшем, через 10-20 лет, можно использовать для трансплантации, восстанавливая не только кроветворение, но и повреждения других органов и тканей. В данном случае снимается не только проблема иммуносовместимости, поскольку в качестве донора выступает сам пациент, но и биоэтические вопросы источника клеток, ведь альтернатива – эмбриональные и фетальные стволовые клетки — в большинстве стран запрещены для использования.
На самом деле, в крови взрослого человека тоже есть стволовые клетки — правда, в гораздо меньшем количестве. Их можно «мобилизовать» из костного мозга с помощью различных медицинских препаратов, но после подобной мобилизации стволовые клетки нужно выделять и активировать, ведь в кровь из костного мозга они попадают в «спящем» состоянии (фазе клеточного цикла G0), не обладая способностью встраиваться в поврежденные органы и ткани.
На этот раз станфордские специалисты под руководством Равиндры Манджети не просто «выловили» прабабушку всех клеток из пуповинной крови, но и установили три варианта её развития.
Фракция Lin−CD34+CD38−CD90+ считалась группой клеток-предшественников. Ученые разделили её на три субпопуляции, показав ключевую роль одной из них в гематопоэзе. А для другой (Lin−CD34+CD38−CD90−CD45RA−), что важнее – мультипотентность – способность превращаться практически во все типы клеток нашего организма.
Именно за последней и «ведут охоту» специалисты, занимающиеся регенеративной медициной.
Правда, на ближайшее клиническое применение пока рассчитывать не приходится, и даже не потому, что таких клеток очень мало. Выделение с помощью присоединения антител – положительная селекция, которая неминуемо приводит к активации клеток и влияет на дальнейший путь их развития, что не стоит сочетать с пересадкой людям.
Остается надеяться, что им удастся проследить судьбу этих клеток в развивающемся организме. И, быть может, научиться выделять подобные популяции, но уже из крови взрослого человека.
