Линия стволовых клеток

Линия стволовых клеток — это группа стволовых клеток , которые культивируются in vitro и могут размножаться бесконечно. Линии стволовых клеток получают из тканей животных или человека и происходят из одного из трех источников: эмбриональных стволовых клеток , взрослых стволовых клеток или индуцированных стволовых клеток . Они широко используются в исследованиях и регенеративной медицине.

Характеристики

По определению, стволовые клетки обладают двумя свойствами: (1) они могут самообновляться, что означает, что они могут делиться бесконечно, оставаясь в недифференцированном состоянии; и (2) они плюрипотентны или мультипотентны , что означает, что они могут дифференцироваться с образованием специализированных типов клеток. Благодаря способности стволовых клеток к самообновлению, линию стволовых клеток можно культивировать in vitro неограниченное время.

Линия стволовых клеток заметно отличается от иммортализованной клеточной линии , такой как линия HeLa . Хотя стволовые клетки могут неограниченно размножаться в культуре из-за присущих им свойств, иммортализованные клетки обычно не делятся бесконечно, а приобрели эту способность благодаря мутации. Иммортализованные клеточные линии могут быть созданы из клеток, выделенных из опухолей, или могут быть введены мутации, чтобы сделать клетки бессмертными. ^[1]

Линия стволовых клеток также отличается от первичных клеток. Первичные клетки — это клетки, которые были изолированы и затем немедленно использованы. Первичные клетки не могут делиться бесконечно, и поэтому их нельзя культивировать в течение длительного периода времени in vitro. ^{[ нужна ссылка ]}

Виды и способы вывода

Линия эмбриональных стволовых клеток

Линия эмбриональных стволовых клеток создается из клеток, полученных из клеточной массы бластоцисты внутренней , ранней стадии предимплантационного эмбриона . ^[2] У человека стадия бластоцисты наступает через 4–5 дней после оплодотворения. Чтобы создать линию эмбриональных стволовых клеток, внутреннюю клеточную массу удаляют из бластоцисты, отделяют от трофоэктодермы и культивируют на слое поддерживающих клеток in vitro. При получении линий эмбриональных стволовых клеток человека экстракорпорального оплодотворения используются эмбрионы, оставшиеся после процедур (ЭКО). Тот факт, что бластоциста разрушается во время процесса, вызвал споры и этические проблемы.

Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными , то есть они могут дифференцироваться, образуя все типы клеток в организме. In vitro эмбриональные стволовые клетки можно культивировать в определенных условиях, чтобы поддерживать их плюрипотентное состояние, или их можно стимулировать биохимическими и физическими сигналами, чтобы дифференцировать их в различные типы клеток.

Линия стволовых клеток для взрослых

Взрослые стволовые клетки обнаруживаются в ювенильных или взрослых тканях. Взрослые стволовые клетки мультипотентны : они могут генерировать ограниченное количество типов дифференцированных клеток (в отличие от плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток). Типы взрослых стволовых клеток включают гемопоэтические стволовые клетки и мезенхимальные стволовые клетки . Гемопоэтические стволовые клетки находятся в костном мозге и генерируют все клетки иммунной системы всех типов клеток крови. Мезенхимальные стволовые клетки обнаруживаются в пуповинной крови, околоплодных водах и жировой ткани и могут генерировать ряд типов клеток, включая остеобласты , хондроциты и адипоциты . В медицине взрослые стволовые клетки чаще всего используются при трансплантации костного мозга для лечения многих видов рака костей и крови, а также некоторых аутоиммунных заболеваний. ^[3] (См. Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток )

Из типов взрослых стволовых клеток, которые были успешно выделены и идентифицированы, только мезенхимальные стволовые клетки можно успешно выращивать в культуре в течение длительного периода времени. Другие типы взрослых стволовых клеток, такие как гемопоэтические стволовые клетки, трудно выращивать и размножать in vitro. ^[4] Определение методов поддержания гемопоэтических стволовых клеток in vitro является активной областью исследований. Таким образом, хотя существуют линии мезенхимальных стволовых клеток, другие типы взрослых стволовых клеток, выращиваемые in vitro, лучше классифицировать как первичные клетки.

Линия индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК)

Линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) представляют собой плюрипотентные стволовые клетки, полученные из взрослых/соматических клеток. Метод создания ИПСК был разработан лабораторией Шиньи Яманаки в 2006 году; его группа продемонстрировала, что введение четырех специфических генов может заставить соматические клетки вернуться в состояние плюрипотентных стволовых клеток. ^[5]

По сравнению с линиями эмбриональных стволовых клеток линии ИПСК также являются плюрипотентными по своей природе, но могут быть получены без использования человеческих эмбрионов — процесс, который вызывает этические проблемы. Кроме того, можно создавать специфичные для пациента клеточные линии ИПСК, то есть клеточные линии, генетически соответствующие индивидууму. Для изучения заболеваний созданы индивидуализированные линии ИПСК. ^[6] и для разработки индивидуальных медицинских методов лечения.

Методы культивирования

Линии стволовых клеток выращивают и поддерживают при определенной температуре и атмосферных условиях (37 градусов Цельсия и 5% CO ₂ ) в инкубаторах. Условия культивирования, такие как среда для роста клеток и поверхность, на которой выращиваются клетки, широко варьируются в зависимости от конкретной линии стволовых клеток. В среду можно добавлять различные биохимические факторы для контроля фенотипа клеток — например, для поддержания стволовых клеток в плюрипотентном состоянии или для дифференцировки их в определенный тип клеток.

Использование

Линии стволовых клеток используются в исследованиях и регенеративной медицине. Их можно использовать для изучения биологии стволовых клеток и раннего развития человека. В области регенеративной медицины было предложено использовать стволовые клетки в клеточной терапии для замены поврежденных или больных клеток и тканей. Примеры состояний, над которыми исследователи работают над разработкой методов лечения на основе стволовых клеток, включают нейродегенеративные заболевания, диабет и травмы спинного мозга.

Стволовые клетки in vitro

Стволовые клетки могут быть использованы в качестве идеальной платформы in vitro для изучения изменений развития на молекулярном уровне. Например, нервные стволовые клетки (НСК) использовались в качестве модели для изучения механизмов дифференцировки и созревания клеток центральной нервной системы (ЦНС). В последнее время эти исследования привлекают все больше внимания, поскольку их можно оптимизировать и использовать для моделирования нейродегенеративных заболеваний и опухолей головного мозга. ^[7]

Этические проблемы

Существуют разногласия, связанные с получением и использованием линий эмбриональных стволовых клеток человека. Это противоречие связано с тем фактом, что для получения эмбриональных стволовых клеток человека требуется разрушение предимплантационного человеческого эмбриона на стадии бластоцисты. Существует широкий спектр точек зрения относительно моральных соображений, которые следует уделять человеческим эмбрионам на стадии бластоцисты. ^[8]^[9]

Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах Исполнительный указ 13505 установил, что федеральные деньги могут использоваться для исследований, в которых используются утвержденные линии эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК), но не могут быть использованы для получения новых линий. ^[10] Рекомендации Национального института здравоохранения (NIH) по исследованиям стволовых клеток человека, вступившие в силу 7 июля 2009 г., реализовали Исполнительный указ 13505, установив критерии, которым должны соответствовать линии hESC, чтобы получить одобрение на финансирование. ^[11] Доступ к реестру эмбриональных стволовых клеток человека NIH можно получить онлайн, и в нем содержится обновленная информация о клеточных линиях, имеющих право на финансирование NIH. ^[12] По состоянию на январь 2022 года утверждено 486 линий. ^[13]

Исследования показали, что одобренные линии чЭСК не используются повсеместно в данных из банков клеток в США, а опросы исследователей показывают, что лишь несколько доступных линий чЭСК регулярно используются в исследованиях. Доступ и полезность называются двумя основными факторами, влияющими на то, с чем ученые линии hESC решат работать. ^[14]

Опрос ученых, занимающихся стволовыми клетками в США, которые используют линии чЭСК в своих исследованиях в 2011 году, показал, что 54% респондентов использовали две или меньше линий, а 75% использовали три или меньше линий. ^[15]

Другое исследование отслеживало запросы клеточных линий, выполненные из крупнейших репозиториев США, Национального банка стволовых клеток (NSCB) и Гарвардского института стволовых клеток (HSCI; Кембридж, Массачусетс, США), за периоды с марта 1999 г. по декабрь 2008 г. (для NSCB). и апрель 2004 г. – декабрь 2008 г. (для HSCI). ^[16] Для NSCB из двадцати одной одобренной клеточной линии 77% запросов приходилось на две линии (H1 и H9). Для HSCI из 17 строк, запрошенных более одного раза, 24,7% запросов приходилось на две наиболее часто запрашиваемые строки.

См. также

Ссылки

^ Ирфан Магсуд, М; ММ; Бахрами, Арканзас; Гасролдашт, ММ (2013). «Бессмертие клеточных линий: проблемы и преимущества создания». Международная клеточная биология . 37 (10): 1038–1045. дои : 10.1002/cbin.10137 . ПМИД 23723166 . S2CID 14777249 .
^ Томсон, Дж.А.; Ицковиц-Элдор Дж; Шапиро СС; Вакниц М.А.; Свергель Дж. Дж.; Маршалл В.С.; Джонс Дж. М. (6 ноября 1998 г.). «Линии эмбриональных стволовых клеток, полученные из бластоцист человека». Наука . 282 (5391): 1145–1147. Бибкод : 1998Sci...282.1145T . дои : 10.1126/science.282.5391.1145 . ПМИД 9804556 .
^ «Основы стволовых клеток» . Национальные институты здравоохранения . Архивировано из оригинала 27 января 2013 года . Проверено 15 июля 2023 г.
^ Валасек, Массачусетс; ван Ос Р; де Хаан Дж. (август 2012 г.). «Экспансия гемопоэтических стволовых клеток: проблемы и возможности». Энн, Нью-Йоркская академия наук . 1266 (1): 138–150. Бибкод : 2012NYASA1266..138W . дои : 10.1111/j.1749-6632.2012.06549.x . ПМИД 22901265 . S2CID 31893094 .
^ Такахаси, Кацутоши; Шинья Яманака (25 августа 2006 г.). «Индукция плюрипотентных стволовых клеток из эмбриональных и взрослых культур фибробластов мышей с помощью определенных факторов» . Клетка . 126 (4): 663–676. дои : 10.1016/j.cell.2006.07.024 . hdl : 2433/159777 . ПМИД 16904174 .
^ Парк, Айдахо; Арора, Н.; Хо, Х; Магерали, Н; Ахфельдт, Т; Шимамура, А; Ленш, М.В.; Коуэн, К; Хохедлингер, К; Дейли, GQ (5 сентября 2008 г.). «Болезнеспецифические плюрипотентные стволовые клетки» . Клетка . 134 (5): 877–886. дои : 10.1016/j.cell.2008.07.041 . ПМЦ 2633781 . ПМИД 18691744 .
^ Руис-Лозано, Пилар; Раджан, Притхи (2007). «Стволовые клетки как модели болезней in vitro» . Современные исследования и терапия стволовыми клетками . 2 (4): 280–292. дои : 10.2174/157488807782793772 . ПМИД 18220912 .
^ Джордж, Роберт П.; Альфонсо Гомес-Лобо (2005). «Моральный статус человеческого эмбриона». Перспективы биологии и медицины . 48 (2): 201–210. дои : 10.1353/pbm.2005.0052 . ПМИД 15834193 . S2CID 523989 .
^ Коэн, Синтия Б. (25 июня 2007 г.). Обновление сути жизни: стволовые клетки, этика и государственная политика . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195305241 .
^ «Указ: Устранение барьеров для ответственных научных исследований с использованием стволовых клеток человека» . Белый дом . 9 марта 2009 г. – через Национальный архив .
^ «Руководство Национального института здравоохранения по исследованию стволовых клеток человека» . Проверено 24 апреля 2014 г.
^ «Реестр эмбриональных стволовых клеток человека НИЗ» . Проверено 1 марта 2017 г.
^ «Реестр эмбриональных стволовых клеток человека НИЗ» . Проверено 10 февраля 2022 г.
^ Левин, Аарон Д. (декабрь 2011 г.). «Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека». Природная биотехнология . 29 (12): 1079–1081. дои : 10.1038/nbt.2029 . ПМИД 22158357 . S2CID 13518962 .
^ Левин, Аарон Д. (декабрь 2011 г.). «Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека». Природная биотехнология . 29 (12): 1079–1081. дои : 10.1038/nbt.2029 . ПМИД 22158357 . S2CID 13518962 .
^ Кристофер, Томас Скотт; Дженнифер Б. МакКормик; Джейсон Оуэн-Смит (август 2009 г.). «А потом было два: использование линий hESC» . Природная биотехнология . 27 (8): 696–697. дои : 10.1038/nbt0809-696 . ПМЦ 3933366 . ПМИД 19668169 .

[1] Ирфан Магсуд, М; ММ; Бахрами, Арканзас; Гасролдашт, ММ (2013). «Бессмертие клеточных линий: проблемы и преимущества создания». Международная клеточная биология . 37 (10): 1038–1045. дои : 10.1002/cbin.10137 . ПМИД 23723166 . S2CID 14777249 .

[2] Томсон, Дж.А.; Ицковиц-Элдор Дж; Шапиро СС; Вакниц М.А.; Свергель Дж. Дж.; Маршалл В.С.; Джонс Дж. М. (6 ноября 1998 г.). «Линии эмбриональных стволовых клеток, полученные из бластоцист человека». Наука . 282 (5391): 1145–1147. Бибкод : 1998Sci...282.1145T . дои : 10.1126/science.282.5391.1145 . ПМИД 9804556 .

[3] «Основы стволовых клеток» . Национальные институты здравоохранения . Архивировано из оригинала 27 января 2013 года . Проверено 15 июля 2023 г.

[4] Валасек, Массачусетс; ван Ос Р; де Хаан Дж. (август 2012 г.). «Экспансия гемопоэтических стволовых клеток: проблемы и возможности». Энн, Нью-Йоркская академия наук . 1266 (1): 138–150. Бибкод : 2012NYASA1266..138W . дои : 10.1111/j.1749-6632.2012.06549.x . ПМИД 22901265 . S2CID 31893094 .

[5] Такахаси, Кацутоши; Шинья Яманака (25 августа 2006 г.). «Индукция плюрипотентных стволовых клеток из эмбриональных и взрослых культур фибробластов мышей с помощью определенных факторов» . Клетка . 126 (4): 663–676. дои : 10.1016/j.cell.2006.07.024 . hdl : 2433/159777 . ПМИД 16904174 .

[6] Парк, Айдахо; Арора, Н.; Хо, Х; Магерали, Н; Ахфельдт, Т; Шимамура, А; Ленш, М.В.; Коуэн, К; Хохедлингер, К; Дейли, GQ (5 сентября 2008 г.). «Болезнеспецифические плюрипотентные стволовые клетки» . Клетка . 134 (5): 877–886. дои : 10.1016/j.cell.2008.07.041 . ПМЦ 2633781 . ПМИД 18691744 .

[7] Руис-Лозано, Пилар; Раджан, Притхи (2007). «Стволовые клетки как модели болезней in vitro» . Современные исследования и терапия стволовыми клетками . 2 (4): 280–292. дои : 10.2174/157488807782793772 . ПМИД 18220912 .

[8] Джордж, Роберт П.; Альфонсо Гомес-Лобо (2005). «Моральный статус человеческого эмбриона». Перспективы биологии и медицины . 48 (2): 201–210. дои : 10.1353/pbm.2005.0052 . ПМИД 15834193 . S2CID 523989 .

[9] Коэн, Синтия Б. (25 июня 2007 г.). Обновление сути жизни: стволовые клетки, этика и государственная политика . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195305241 .

[10] «Указ: Устранение барьеров для ответственных научных исследований с использованием стволовых клеток человека» . Белый дом . 9 марта 2009 г. – через Национальный архив .

[11] «Руководство Национального института здравоохранения по исследованию стволовых клеток человека» . Проверено 24 апреля 2014 г.

[12] «Реестр эмбриональных стволовых клеток человека НИЗ» . Проверено 1 марта 2017 г.

[13] «Реестр эмбриональных стволовых клеток человека НИЗ» . Проверено 10 февраля 2022 г.

[14] Левин, Аарон Д. (декабрь 2011 г.). «Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека». Природная биотехнология . 29 (12): 1079–1081. дои : 10.1038/nbt.2029 . ПМИД 22158357 . S2CID 13518962 .

[15] Левин, Аарон Д. (декабрь 2011 г.). «Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека». Природная биотехнология . 29 (12): 1079–1081. дои : 10.1038/nbt.2029 . ПМИД 22158357 . S2CID 13518962 .

[16] Кристофер, Томас Скотт; Дженнифер Б. МакКормик; Джейсон Оуэн-Смит (август 2009 г.). «А потом было два: использование линий hESC» . Природная биотехнология . 27 (8): 696–697. дои : 10.1038/nbt0809-696 . ПМЦ 3933366 . ПМИД 19668169 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]