Функции стволовых клеток в тканях и органах

Функции стволовых клеток в тканях и органах

Для иллюстрации важности стволовых клеток в обеспечении жизнедеятельности и регенерации тканей рассмотрим стволовые клетки костного мозга, печени, головного мозга, кожи, кишечника, мышц и роговицы:

- костный мозг. Костный мозг содержит КСК и стромальные стволовые клетки (также известные как мультипотентные стромальные клетки, мезенхимальные стволовые клетки):

- кроветворные стволовые клетки. КСК дают начало всем клеткам крови и могут восстанавливать костный мозг после истощения, вызванного болезнью или облучением. КСК широко используют в лечении гематологических заболеваний.

КСК можно получить непосредственно из костного мозга, пуповинной крови и периферической крови лиц, получающих цитокины, например гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, мобилизующий КСК.

Подсчитано, что костный мозг человека производит около 1,5 х 10⁶ клеток крови в секунду (удивительная скорость клеточной генерирующей активности!);

- стромальные стволовые клетки. Эти клетки являются мультипотентными и имеют большой терапевтический потенциал, т.к. могут образовывать хондроциты, остеобласты, адипоциты, миобласты и эндотелиальные клетки-предшественники в зависимости от ткани, в которую мигрируют.
Мезенхимальные стволовые клетки мигрируют в поврежденные ткани и образуют стромальные клетки или другие, но, скорее всего, в норме не участвуют в поддержании клеточного гомеостаза;

- печень. Стволовые клетки (клетки-предшественники) в печени находятся в каналах Геринга, соединяющих систему желчных протоков с гепатоцитами паренхимы. Клетки данной ниши могут давать начало популяции клеток-предшественников, известных как овальные клетки (бипотентные клетки-предшественники, способные дифференцироваться в гепатоциты и билиарные клетки).

Поколения стволовых клеток и их дифференцировка.
Зигота, образованная путем слияния сперматозоида и яйцеклетки, делится, образуя бластоцисту.
Из внутренней клеточной массы бластоцисты развивается эмбрион.
Клетки внутренней клеточной массы, называемые эмбриональными стволовыми клетками, поддерживаемые в культуре, являются плюрипотентными,
т.е. могут дифференцироваться в различные клеточные линии. У эмбриона плюрипотентные стволовые клетки делятся, но пул этих клеток сохраняется.
При дифференцировке плюрипотентных клеток из них образуются клетки с более узким потенциалом развития и, наконец, стволовые клетки определенных клеточных линий.

По сравнению со стволовыми клетками в пролиферирующих тканях стволовые клетки печени являются вторичным, или запасным, механизмом, активирующимся только в случае блокирования пролиферации гепатоцитов. Деление и дифференцировка овальных клеток заметны в печени пациентов, выздоравливающих после фульминантной печеночной недостаточности, при злокачественных заболеваниях печени, значимом циррозе печени и некоторых случаях хронического гепатита;

- головной мозг. Нейрогенез из нейрональных стволовых клеток происходит в головном мозге взрослых грызунов и людей. Таким образом, теория, что у взрослых млекопитающих в норме нервные клетки не образуются, теперь признана неверной. Нейрональные стволовые клетки (или нейрональные клетки-предшественники), способные образовывать нейроны, астроциты и олиго-дендроциты, были обнаружены в двух областях человеческого мозга: субвентрикулярной зоне и зубчатой извилине гиппокампа.

Неясно, происходит ли интеграция новообразованных нейронов в мозге взрослого человека при физиологических или патологических условиях и какова цель нейрогенеза у взрослых. На трансплантацию стволовых клеток и индукцию дифференцировки эндогенных нейрональных стволовых клеток при лечении инсульта, нейродегенеративных заболеваний, например болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера, а также повреждений спинного мозга возлагают большие надежды;

- кожа. Стволовые клетки расположены в трех различных участках эпидермиса: в выпуклой части волосяного фолликула, на межфолликулярных участках поверхности эпидермиса и в сальных железах. Выпуклость волосяного фолликула является нишей стволовых клеток, образующих все типы клеток волосяного фолликула.

Межфолликулярные стволовые клетки рассеяны в эпидермисе и не собраны в ниши. Они редко делятся, но образуют транзиторные амплифицирующиеся клетки, формирующие дифференцированный эпидермис. Эпидермис человека обновляется очень быстро — примерно за 4 нед. Эти стволовые клетки (были описаны у мышей и людей) участвуют в восстановлении поверхностных клеток эпителия после ранения кожи. Их активация регулируется стимулирующими сигналами пути WNT и ингибируется сигналами системы костного морфогенетического белка (BMP);

- кишечный эпителий. Крипта тонкого кишечника является моноклональной структурой, произошедшей из одной стволовой клетки. Ворсинка — участок слизистой, содержащий клетки нескольких крипт. Стволовые клетки крипт тонкого кишечника регенерируют в течение 3-5 сут. Как и в случае стволовых клеток кожи, сигнальные пути WNT и BMP играют важную роль в регуляции пролиферации и дифференцировки интестинальных стволовых клеток.
Стволовые клетки могут находиться непосредственно над клетками Панета в тонкой кишке или в основании крипты толстой кишки;

- скелетная и сердечная мышцы. Миоциты скелетной мышцы не делятся даже после повреждения, а рост и регенерация поврежденной мышцы происходят за счет репликации сателлитных клеток. Эти клетки, расположенные под базальной мембраной миоцитов, образуют резервный пул стволовых клеток, способный к образованию дифференцированных миоцитов после травмы.

Активный сигнал Notch, стимулируемый дельтаподобными лигандами (Dll), вызывает пролиферацию сателлитных клеток (лиганд Notch будет обсуждаться далее в «Механизмах ангиогенеза»). Наличие стволовых клеток в сердце все еще остается спорным вопросом. Было высказано предположение, что сердце может содержать аналог клетки-предшественника, способный давать потомков только после повреждения, но не при физиологическом старении;

- роговица. Прозрачность роговицы зависит от целостности наружного роговичного эпителия, которая поддерживается за счет лимбальных стволовых клеток. Эти клетки расположены на стыке эпителия роговицы и конъюнктивы. Врожденные или приобретенные заболевания, приводящие к дефициту лимбальных стволовых клеток и помутнению роговицы, могут быть вылечены с помощью лимбальной трансплантации или пересадки лимбальных стволовых клеток.
Эксперименты на животных показали, что возможна коррекция утраты фоторецепторов, происходящей при дегенеративных заболеваниях сетчатки, путем пересадки ретинальных стволовых клеток.

- Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей "Фазы клеточного цикла и клеточная репликация"

Оглавление темы "Патофизиология клетки и тканей":