Celulele stem embrionare

Celulele stem embrionare (ESC)  sunt un tip de celule pluripotente de mamifere menținute în cultură care sunt derivate din masa celulară internă a blastocistului într-un stadiu incipient al dezvoltării embrionare [1] . Embrionul uman ajunge la stadiul de blastocist la 5-6 zile de la fertilizare, masa celulară internă a blastocistului uman este formată din 50-150 de celule.

Celulele stem embrionare sunt pluripotente. Aceasta înseamnă că se pot diferenția în toate cele trei straturi germinale primare: ectoderm , endoderm și mezoderm . Celulele pluripotente sunt capabile să se diferențieze în toate tipurile de celule ale organismului adult, dintre care există aproximativ 220. Proprietatea pluripotentei distinge celulele stem embrionare de celulele multipotente, care pot da naștere doar unui număr limitat de tipuri de celule. În absența stimulentelor de diferențiere in vitro , celulele stem embrionare pot menține pluripotența prin multe diviziuni celulare. Această proprietate se numește capacitatea de auto-reînnoire ( în engleză  self-renewal ). Prezența celulelor pluripotente într-un organism adult rămâne un obiect de discuție științifică, deși studiile au arătat că este posibil să se obțină celule pluripotente din fibroblaste umane adulte în laborator în procesul așa-numitei reprogramari celulare [2] .

Datorită plasticității și potențialului potențial nelimitat de auto-reînnoire, celulele stem embrionare au perspective de aplicare în medicina regenerativă și înlocuirea țesuturilor deteriorate . Cu toate acestea, în prezent nu există nicio utilizare medicală pentru celulele stem embrionare. Celulele stem adulte și celulele stem ale măduvei osoase sunt folosite pentru a trata diferite boli. Unele boli ale sângelui și ale sistemului imunitar (inclusiv cele genetice) pot fi vindecate cu celule stem neembrionare. Terapiile cu celule stem sunt dezvoltate pentru patologii precum cancerul, diabetul juvenil , sindromul Parkinson , orbirea si afectiunile maduvei spinarii

Există provocări atât etice, cât și tehnice asociate cu transplantul de celule stem hematopoietice. Aceste probleme sunt asociate, printre altele, cu histocompatibilitatea. Astfel de probleme pot fi rezolvate prin folosirea propriilor celule stem sau prin clonare terapeutică.

Pentru a diferenția celulele stem embrionare, este suficient să acționați asupra lor cu factori de creștere . De exemplu, celulele stem embrionare de șoarece diferențiate in vitro în celule neuronale au fost folosite pentru a repara măduva spinării de șobolan rănită. Butiratul de sodiu a fost folosit pentru a obține hepatocite și pentru a obține celule stem hematopoietice , celulele stem embrionare au fost transfectate cu gene Cdx, HoxB4.

Istoria cercetării și dezvoltării

Izolarea și cultura in vitro

Celulele stem au fost izolate din analiza teratocarcinomului . În 1964, cercetătorii au arătat că celulele teratocarcinomului rămân nediferențiate în cultura celulară. Aceste celule stem se numesc celule de carcinom embrionar. [3] Cercetătorii au arătat că celulele germinale embrionare primare pot prolifera în cultură și pot forma diferite tipuri de celule.

Celulele stem embrionare au fost izolate din embrioni de șoarece în 1981 de către Martin Evans și Matthew Kaufman, și independent de Gail Martin [4] [5] . Un progres în cercetarea celulelor stem embrionare umane a avut loc în noiembrie 1998 cu grupul lui James Thomson de la Universitatea din Wisconsin. Oamenii de știință au izolat astfel de celule din blastocistul uman [6] .

Contaminare de la substanțe utilizate pentru întreținerea culturilor celulare

Versiunea online a revistei Nature Medicine a publicat o lucrare în ianuarie 2005, conform căreia celulele stem umane, care sunt disponibile pentru cercetare finanțată prin granturi federale, sunt contaminate cu molecule din medii de cultură de celule animale [7] . Pentru a menține pluripotența celulelor care se divizează activ, sunt adesea folosite celule de origine animală (de obicei celule de șoarece). S-a dovedit că acest lucru dă naștere la o serie de probleme; în special, s-a dovedit că acidul sialic de origine animală îngustează posibilitățile de utilizare a celulelor stem embrionare în scopuri terapeutice [8] .

O lucrare publicată în Lancet Medical Journal pe 7 martie 2005 [9] descrie în detaliu tehnica de cultivare a unei noi linii de celule stem într-un mediu complet lipsit de celule și ser de origine animală. După mai mult de șase luni de cultivare într-o stare nediferențiată, aceste celule s-ar putea diferenția în celule din toate cele trei straturi germinale atât în ​​teratoame, cât și în cultură.

Utilizări terapeutice

La 23 ianuarie 2009, a început prima fază a studiilor clinice pentru transplantul unei populații de celule stem embrionare umane la pacienții cu leziuni ale măduvei spinării [10] . Acest studiu sa bazat pe rezultatele obținute de grupul lui Hans Keirsted și colab. la Universitatea Irvine, California, SUA, finanțat de Geron Corporation (Menlo Park, California, SUA). Rezultatele acestui experiment au arătat o îmbunătățire a conducerii locomotorii la șobolanii cu leziuni ale măduvei spinării. În a șaptea zi după transplant, celulele stem embrionare umane s-au diferențiat în oligodendrocite. [11] . În același an, a fost lansat un studiu clinic privind utilizarea derivaților ESC umani diferențiați pentru tratamentul degenerescenței maculare ereditare a retinei, care a fost finalizat cu succes în 2015 [12] . Acum, continuarea cercetării multicentre are loc în SUA, Anglia, Australia și țările asiatice. În 2015, compania americană Viacyte a început studiile clinice pentru tratamentul diabetului zaharat folosind celule pancreatice derivate din celule stem embrionare umane [13] .

În Federația Rusă, utilizarea terapeutică și studiul celulelor stem embrionare umane vor fi reglementate de legea „Cu privire la circulația produselor celulare biomedicale” [14] , care urmează să fie luată în considerare de Duma de Stat a Federației Ruse la mijlocul 2016.

Celule stem pluripotente induse

Celulele stem pluripotente induse (celule stem pluripotente induse, iPSC sau iPS) au fost obținute din celule din diferite țesuturi (în principal fibroblaste ) folosind reprogramarea lor prin metode de inginerie genetică.

În primele lucrări, iPS a fost încercat să fie obținut prin fuzionarea celulelor „adulte” cu ESC [15] . În 2006, iPS au fost obținute din spermatogonie de șoarece și uman [16]

În 2006, au fost dezvoltate metode de reprogramare a celulelor prin introducerea în ele a genelor care codifică factori de transcripție caracteristici celulelor pluripotente (în primul rând genele pentru factorii de transcripție Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc și Nanog) folosind lentivirusuri și alți vectori” [17] [ 18] Reprogramarea celulelor pentru a deveni iPS a fost recunoscută de Știință ca o descoperire științifică majoră în 2008 [19]

În 2009, a fost publicată o lucrare în care, folosind metoda complementării tetraploide , s-a demonstrat pentru prima dată că iPS poate da naștere unui organism complet, inclusiv celule ale liniei germinale [20] . iPS derivat din fibroblaste ale pielii murine prin transformare folosind un vector retroviral a a dus la un procent de șoareci adulți sănătoși care au fost capabili să se reproducă în mod normal. Astfel, pentru prima dată, animalele clonate au fost obținute fără amestecul materialului genetic al ouălor (cu procedura standard de clonare, ADN-ul mitocondrial este transferat descendenților din oul primitorului). În 2012, pentru dezvoltarea tehnologiei de clonare și a reprogramarii genetice, Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină a fost acordat lui John Gurdon (Anglia) și Shinya Yamanaka (Japonia). Și în 2014 Prof. M Takahashi și S. Yamanaka au fost primii care au transplantat epiteliul pigmentar retinian obținut din celulele iPS la un pacient cu degenerare retiniană legată de vârstă [21] .

În Japonia, există un program guvernamental care prevede ca în viitor 100% din populație să aibă bănci de celule IPS [22] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Kiselev S.L., Lagarkova M.A. Celulele stem embrionare umane  // Natura . - Stiinta , 2006. - T. 10 . - S. 49-64 .
  2. ↑ Departamentul de biologie a celulelor stem, Institutul pentru Științe Medicale de Frontieră, Universitatea Kyoto, Kyoto. Inducerea celulelor stem pluripotente din culturile de fibroblaste embrionare și adulte de șoarece prin factori definiți  // Cell  :  journal. - Cell Press , 2006. - 25 august. Arhivat din original pe 19 octombrie 2006.
  3. ↑ Andrews P., Matin M., Bahrami A., Damjanov I., Gokhale P., Draper J. Celulele stem embrionare (ES) și celulele carcinomului embrionar (EC)  : fețele opuse ale aceleiași monede  // Biochem Soc Trans : jurnal. - 2005. - Vol. 33 , nr. Pt 6 . - P. 1526-1530 . - doi : 10.1042/BST20051526 . — PMID 16246161 .
  4. ↑ Evans M., Kaufman M. Stabilirea în cultură a celulelor pluripotențiale din embrioni de șoarece  //  Nature: journal. - 1981. - Vol. 292 , nr. 5819 . - P. 154-156 . - doi : 10.1038/292154a0 . — PMID 7242681 .
  5. ↑ Martin G. Izolarea unei linii celulare pluripotente din embrioni timpurii de șoarece cultivați în mediu condiționat de celule stem de teratocarcinom  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1981. - Vol. 78 , nr. 12 . - P. 7634-7638 . - doi : 10.1073/pnas.78.12.7634 . — PMID 6950406 .
  6. ^ Thomson J., Itskovitz -Eldor J., Shapiro S., Waknitz M., Swiergiel J., Marshall V., Jones J. Linii de celule stem embrionare derivate din blastociste umane  //  Science : journal. - 1998. - Vol. 282 , nr. 5391 . - P. 1145-1147 . - doi : 10.1126/science.282.5391.1145 . — PMID 9804556 .
  7. ↑ Ebert, Jessica. Celulele stem umane declanșează atacul imunitar  (neopr.)  // Știri din „Natura”. - Londra: Nature Publishing Group , 2005. - 24 ianuarie. - doi : 10.1038/news050124-1 . Arhivat din original pe 24 septembrie 2010.
  8. ↑ Acces la articole: Nature Medicine  (Accesat 17 martie 2015)
  9. ↑ Irina Klimanskaya. Celule stem embrionare umane derivate fără celule de hrănire  (engleză)  // The Lancet  : jurnal. - Elsevier , 2005. - 7 mai ( vol. 365 , nr. 9471 ). - P. 1636-1641 . - doi : 10.1016/S0140-6736(05)66473-2 .
  10. ↑ FDA aprobă studiul cu celule stem embrionare umane - CNN.com (link nu este disponibil) . Arhivat din original pe 9 aprilie 2016. 
  11. ↑ Keirstead H.S., Nistor G., Bernal G., și colab . Transplantul de celule progenitoare de oligodendrocite derivate din celule stem embrionare umane remielinizează și restabilește locomoția după leziunea măduvei spinării  //  J. Neurosci. : jurnal. - 2005. - Mai ( vol. 25 , nr. 19 ). - P. 4694-4705 . - doi : 10.1523/JNEUROSCI.0311-05.2005 . — PMID 15888645 .
  12. ↑ nume=" PMID 25937371 "
  13. ↑ VC-01 Diabetes Therapy - Viacyte, Inc (link nu este disponibil) . Data accesului: 21 ianuarie 2016. Arhivat din original pe 22 ianuarie 2016. 
  14. ↑ Proiect de lege federală din 18 ianuarie 2013
  15. ↑ http://elementy.ru/news/164751 Pielea umană poate deveni o sursă de celule stem embrionare
  16. ↑ Elemente - știri științifice: Celule stem embrionare „etice” obținute
  17. ↑ http://elementy.ru/news/430912 Ulterior s-a demonstrat că reprogramarea poate avea loc cu expresia tranzitorie a acestor gene, fără integrarea lor în genom
  18. ↑ Matthias Stadtfeld, Masaki Nagaya, Jochen Utikal, Gordon Weir, Konrad Hochedlinger. Celule stem pluripotente induse generate fără integrare virală // Știință. V. 322. P. 945-949 (7 noiembrie 2008). DOI: 10.1126/science.1162494.
  19. ↑ Anul celulelor reprogramate. P. Petrov
  20. ↑ Xiao-yang Zhao1, Wei Li1, Zhuo Lv1,, Lei Liu1, Man Tong1, Tang Hai1, Jie Hao1, Chang-long Guo1, Qing-wen Ma, Liu Wang, Fanyi Zeng, Qi Zhou. Celulele iPS produc șoareci viabili prin complementare tetraploidă. Nature 461, (3 septembrie 2009), 86-90
  21. ↑ Transplantul foii RPE derivate din iPSC în primul pacient cu AMD Centrul de biologie a dezvoltării | RIKEN CDB
  22. ↑ Cum sunt făcute organele tridimensionale și cine are nevoie de ele

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Site-uri tematice
Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice