Эмбриональные стволовые клетки человека в культуре клеток Плюрипотентность: Эмбриональные стволовые клетки способны развиваться в клетки любого типа, за исключением клеток плаценты. Только эмбриональные стволовые клетки морулы тотипотентны : способны развиваться в клетки любого типа, включая клетки плаценты.
В настоящее время исследователи уделяют большое внимание терапевтическому потенциалу эмбриональных стволовых клеток, а клиническое использование является целью многих лабораторий. [2] Потенциальное использование включает лечение диабета и болезней сердца . [2] Клетки изучаются для использования в качестве клинических методов лечения, моделей генетических нарушений и восстановления клеток/ДНК. о побочных эффектах в исследованиях и клинических процессах, таких как опухоли и нежелательные иммунные реакции . Однако также сообщалось [5]
IPS-ячейка Транскриптом эмбриональных стволовых клеток
Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), полученные из стадии бластоцисты ранних эмбрионов млекопитающих, отличаются способностью дифференцироваться в любой тип эмбриональных клеток и способностью к самообновлению. Именно эти черты делают их ценными в научной и медицинской областях. ЭСК имеют нормальный кариотип , сохраняют высокую теломеразную активность и демонстрируют значительный долгосрочный пролиферативный потенциал. [6]
Эмбриональные стволовые клетки внутренней клеточной массы являются плюрипотентными , то есть они способны дифференцироваться с образованием примитивной эктодермы, которая в конечном итоге дифференцируется во время гаструляции во все производные трех первичных зародышевых листков : эктодермы , энтодермы и мезодермы . Эти зародышевые листки образуют каждый из более чем 220 типов клеток в организме взрослого человека. При получении соответствующих сигналов ЭСК первоначально образуют клетки-предшественники , которые впоследствии дифференцируются в нужные типы клеток. Плюрипотентность отличает эмбриональные стволовые клетки от взрослых стволовых клеток , которые являются мультипотентными и могут производить только ограниченное количество типов клеток.
При определенных условиях эмбриональные стволовые клетки способны неограниченно самообновляться в недифференцированном состоянии. Условия самообновления должны препятствовать слипанию клеток и поддерживать среду, поддерживающую неспециализированное состояние. [7] Обычно это делается в лаборатории с использованием сред, содержащих сыворотку и фактор, ингибирующий лейкемию , или бессывороточные добавки к средам с двумя ингибирующими препаратами («2i»), ингибитором MEK PD03259010 и ингибитором GSK-3 CHIR99021. [8]
ЭСК делятся очень часто из-за укороченной фазы G1 в их клеточном цикле . Быстрое деление клеток позволяет клеткам быстро расти в количестве, но не в размере, что важно для раннего развития эмбриона. В ЭСК белки циклин А и циклин Е, участвующие в переходе G1/S, всегда экспрессируются на высоких уровнях. [9] Циклин-зависимые киназы, такие как CDK2 , которые способствуют прогрессированию клеточного цикла, сверхактивны, отчасти из-за подавления их ингибиторов. [10] Белки ретинобластомы , которые ингибируют фактор транскрипции E2F до тех пор, пока клетка не будет готова войти в S-фазу , гиперфосфорилируются и инактивируются в ЭСК, что приводит к постоянной экспрессии генов пролиферации. [9] Эти изменения приводят к ускорению циклов деления клеток. Хотя высокие уровни экспрессии пролиферативных белков и укороченная фаза G1 связаны с поддержанием плюрипотентности, [11] [12] ЭСК, выращенные в бессывороточных условиях 2i, экспрессируют гипофосфорилированные активные белки ретинобластомы и имеют удлиненную фазу G1. [13] Несмотря на эту разницу в клеточном цикле по сравнению с ЭСК, выращенными в среде, содержащей сыворотку, эти клетки обладают сходными плюрипотентными характеристиками. [14] Факторы плюрипотентности Oct4 и Nanog играют роль в транскрипционной регуляции цикла эмбриональных стволовых клеток. [15] [16]
Из-за их пластичности и потенциально неограниченной способности к самообновлению, терапия эмбриональными стволовыми клетками была предложена для регенеративной медицины и замены тканей после травм или заболеваний. Плюрипотентные стволовые клетки показали себя многообещающими в лечении ряда различных состояний, включая, помимо прочего: травмы спинного мозга , возрастную дегенерацию желтого пятна , диабет , нейродегенеративные расстройства (такие как болезнь Паркинсона ), СПИД и т. д. [17] В дополнение к своему потенциалу в регенеративной медицине, эмбриональные стволовые клетки представляют собой возможный альтернативный источник тканей/органов, который служит возможным решением дилеммы нехватки доноров. Однако вокруг этого существуют некоторые этические противоречия (см. раздел «Этические дебаты» ниже). Помимо этих применений, ЭСК также можно использовать для исследований раннего развития человека, некоторых генетических заболеваний и испытаний in vitro токсикологических . [6]
Согласно статье 2002 года в PNAS , «эмбриональные стволовые клетки человека обладают потенциалом дифференцироваться в различные типы клеток и, таким образом, могут быть полезны в качестве источника клеток для трансплантации или тканевой инженерии». [18]
Эмбриоидные тельца через 24 часа после формирования.
Известно, что в тканевой инженерии использование стволовых клеток имеет важное значение. Чтобы успешно сконструировать ткань, используемые клетки должны быть способны выполнять определенные биологические функции, такие как секреция цитокинов, сигнальных молекул, взаимодействие с соседними клетками и производство внеклеточного матрикса в правильной организации. Стволовые клетки демонстрируют эти специфические биологические функции, а также способны самообновляться и дифференцироваться в один или несколько типов специализированных клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются одним из источников, которые рассматриваются для использования в тканевой инженерии. [19] Использование эмбриональных стволовых клеток человека открыло множество новых возможностей для тканевой инженерии, однако необходимо преодолеть множество препятствий, прежде чем можно будет вообще использовать эмбриональные стволовые клетки человека. Предполагается, что если эмбриональные стволовые клетки можно будет изменить так, чтобы они не вызывали иммунного ответа при имплантации пациенту, то это станет революционным шагом в тканевой инженерии. [20] Эмбриональные стволовые клетки не ограничиваются тканевой инженерией.
Исследования были сосредоточены на дифференциации ЭСК на различные типы клеток для возможного использования в качестве клеточно-заместительной терапии. Некоторые из типов клеток, которые уже существуют или разрабатываются в настоящее время, включают кардиомиоциты , нейроны , гепатоциты , клетки костного мозга , островковые клетки и эндотелиальные клетки. [21] Однако получение таких типов клеток из ЭСК не лишено препятствий, поэтому исследования были сосредоточены на преодолении этих барьеров. Например, проводятся исследования по дифференциации ЭСК в тканеспецифичные кардиомиоциты и искоренению их незрелых свойств, которые отличают их от взрослых кардиомиоцитов. [22]
Исследователи дифференцировали ЭСК в клетки, продуцирующие дофамин, в надежде, что эти нейроны можно будет использовать в лечении болезни Паркинсона. [23] [24]
В настоящее время проводятся исследования с участием ЭСК, чтобы обеспечить альтернативное лечение диабета. Например, ЭСК дифференцировались в клетки, продуцирующие инсулин. [26] и исследователи из Гарвардского университета смогли получить большое количество бета-клеток поджелудочной железы из ЭСК. [27]
В статье, опубликованной в European Heart Journal, описан трансляционный процесс создания сердечных клеток-предшественников эмбриональных стволовых клеток человека, которые будут использоваться в клинических исследованиях пациентов с тяжелой сердечной недостаточностью. [28]
Помимо того, что ЭСК становятся важной альтернативой трансплантации органов, они также используются в области токсикологии и в качестве клеточного скрининга для выявления новых химических соединений, которые могут быть разработаны в качестве низкомолекулярных лекарств . Исследования показали, что кардиомиоциты, полученные из ЭСК, используются в моделях in vitro для проверки реакции на лекарства и прогнозирования профилей токсичности. [21] Было показано, что кардиомиоциты, полученные из ЭСК, реагируют на фармакологические стимулы и, следовательно, могут использоваться для оценки кардиотоксичности, такой как трепетание-мерцание-мерцание . [29]
Гепатоциты, полученные из ЭСК, также являются полезными моделями, которые можно использовать на доклинических стадиях открытия лекарств. Однако развитие гепатоцитов из ЭСК оказалось сложной задачей, и это затрудняет возможность тестирования метаболизма лекарств. Поэтому исследования были сосредоточены на создании полностью функциональных гепатоцитов, происходящих из ЭСК, со стабильной активностью ферментов фазы I и II. [30]
Несколько новых исследований начали рассматривать концепцию моделирования генетических нарушений с помощью эмбриональных стволовых клеток. Моделирование генетических нарушений стало возможным с помощью стволовых клеток либо путем генетического манипулирования клетками, либо, в последнее время, путем получения линий больных клеток, выявленных с помощью пренатальной генетической диагностики (ПГД). Этот подход вполне может оказаться полезным при изучении таких заболеваний, как синдром ломкой Х-хромосомы , муковисцидоз и других генетических заболеваний, для которых нет надежной модельной системы.
Юрий Верлинский , российско-американский медицинский исследователь , специализирующийся на эмбриональной и клеточной генетике (генетической цитологии ), разработал методы пренатальной диагностики, позволяющие определять генетические и хромосомные нарушения на полтора месяца раньше, чем стандартный амниоцентез . В настоящее время эти методы используются многими беременными женщинами и будущими родителями, особенно парами, имеющими в анамнезе генетические аномалии или женщине старше 35 лет (когда риск генетически связанных заболеваний выше). Кроме того, позволяя родителям выбрать эмбрион без генетических нарушений, они могут спасти жизни братьев и сестер, у которых уже были подобные нарушения и заболевания, используя клетки здорового потомства. [31]
Дифференцированные соматические клетки и ES-клетки используют разные стратегии борьбы с повреждениями ДНК. Например, фибробласты крайней плоти человека, один из типов соматических клеток, используют негомологичное соединение концов (NHEJ) , процесс восстановления ДНК, подверженный ошибкам, в качестве основного пути восстановления двухцепочечных разрывов (DSB) на всех стадиях клеточного цикла. [32] Из-за своей склонности к ошибкам NHEJ имеет тенденцию вызывать мутации в клональных потомках клетки.
ES-ячейки используют другую стратегию для работы с DSB. [33] Поскольку ЭС-клетки дают начало всем типам клеток организма, включая клетки зародышевой линии, мутации, возникающие в ЭС-клетках из-за дефектной репарации ДНК, представляют собой более серьезную проблему, чем в дифференцированных соматических клетках. Следовательно, в ES-клетках необходимы надежные механизмы для точного восстановления повреждений ДНК, а в случае неудачи восстановления — для удаления клеток с невосстановленными повреждениями ДНК. Таким образом, мышиные ES-клетки преимущественно используют высокоточную гомологичную рекомбинационную репарацию (HRR) для восстановления DSB. [33] Этот тип репарации зависит от взаимодействия двух сестринских хромосом. [ нужна проверка ] образуются во время фазы S и присутствуют вместе во время фазы G2 клеточного цикла. HRR может точно восстанавливать DSB в одной сестринской хромосоме, используя неповрежденную информацию из другой сестринской хромосомы. Клетки в фазе G1 клеточного цикла (т.е. после метафазы/клеточного деления, но до следующего раунда репликации) имеют только одну копию каждой хромосомы (т.е. сестринские хромосомы отсутствуют). Мышиные ES-клетки не имеют контрольной точки G1 и не подвергаются остановке клеточного цикла при повреждении ДНК. [34] Скорее они подвергаются запрограммированной гибели клеток (апоптозу) в ответ на повреждение ДНК. [35] Апоптоз можно использовать как надежную стратегию удаления клеток с невосстановленными повреждениями ДНК, чтобы избежать мутаций и развития рака. [36] В соответствии с этой стратегией частота мутаций ES стволовых клеток мыши примерно в 100 раз ниже, чем у изогенных соматических клеток мыши. [37]
23 января 2009 года клинические испытания фазы I по трансплантации олигодендроцитов (типа клеток головного и спинного мозга), полученных из ЭСК человека, людям с травмой спинного мозга, получили одобрение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), отметив это как первое в мире испытание ЭСК на человеке. [38] Исследование, приведшее к этому научному прорыву, было проведено Хансом Кейрстедом и его коллегами из Калифорнийского университета в Ирвайне при поддержке корпорации Geron Corporation из Менло-Парка, Калифорния , основанной доктором философии Майклом Д. Уэстом . Предыдущий эксперимент показал улучшение двигательного восстановления у крыс с травмой спинного мозга после 7-дневной отсроченной трансплантации человеческих ЭСК, которые были переведены в олигодендроцитарную линию. [39] Клиническое исследование фазы I было разработано для участия примерно восьми-десяти пациентов с параличом нижних конечностей, у которых травмы были получены не позднее, чем за две недели до начала исследования, поскольку клетки должны быть инъецированы до того, как сможет сформироваться рубцовая ткань. Исследователи подчеркнули, что инъекции не должны полностью излечивать пациентов и восстанавливать подвижность. Основываясь на результатах испытаний на грызунах, исследователи предположили, что может произойти восстановление миелиновых оболочек и увеличение подвижности. Это первое испытание было в первую очередь предназначено для проверки безопасности этих процедур, и если все пройдет хорошо, предполагалось, что оно приведет к будущим исследованиям с участием людей с более серьезными нарушениями. [40] Исследование было приостановлено в августе 2009 года из-за опасений FDA по поводу небольшого количества микроскопических кист, обнаруженных у нескольких обработанных моделей крыс, но приостановление было снято 30 июля 2010 года. [41]
В октябре 2010 года исследователи зарегистрировали и ввели ЭСК первому пациенту в Шеперд-центре в Атланте . [42] Разработчики терапии стволовыми клетками, Geron Corporation , подсчитали, что потребуется несколько месяцев, чтобы стволовые клетки реплицировались и чтобы GRNOPC1 терапия была оценена на успех или неудачу.
В ноябре 2011 года компания Geron объявила, что прекращает испытания и прекращает исследования стволовых клеток по финансовым причинам, но продолжит наблюдение за существующими пациентами и пытается найти партнера, который мог бы продолжить их исследования. [43] В 2013 году компания BioTime , возглавляемая генеральным директором доктором Майклом Д. Уэстом , приобрела все активы Geron по производству стволовых клеток с заявленным намерением возобновить клинические испытания Geron на основе эмбриональных стволовых клеток для исследования травм спинного мозга . [44]
Компания BioTime Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST) получила награду стратегического партнерства в размере 14,3 миллиона долларов от Калифорнийского института регенеративной медицины (CIRM) за возобновление первого в мире клинического исследования на людях, основанного на эмбриональных стволовых клетках, при травмах спинного мозга. При поддержке государственных фондов Калифорнии CIRM является крупнейшим в мире спонсором исследований и разработок, связанных со стволовыми клетками. [45]
Награда обеспечивает финансирование Asterias для возобновления клинической разработки AST-OPC1 у пациентов с травмой спинного мозга и расширения клинических испытаний возрастающих доз в целевой популяции, предназначенных для будущих основных исследований. [45]
AST-OPC1 представляет собой популяцию клеток, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК), которая содержит клетки-предшественники олигодендроцитов (ОПК). OPC и их зрелые производные, называемые олигодендроцитами, обеспечивают критическую функциональную поддержку нервных клеток спинного и головного мозга. Компания Asterias недавно представила результаты первой фазы клинических испытаний низкой дозы AST-OPC1 у пациентов с неврологически полным повреждением грудного отдела спинного мозга. Результаты показали, что AST-OPC1 был успешно доставлен в поврежденный участок спинного мозга. Пациенты, наблюдаемые через 2–3 года после введения AST-OPC1, не выявили никаких признаков серьезных нежелательных явлений, связанных с клетками, при детальных последующих оценках, включая частые неврологические обследования и МРТ. Иммунный мониторинг субъектов в течение одного года после трансплантации не выявил никаких доказательств антител или клеточного иммунного ответа на AST-OPC1. У четырех из пяти субъектов серийные МРТ-сканирования, выполненные в течение 2–3-летнего периода наблюдения, показали, что могло произойти уменьшение кавитации спинного мозга и что AST-OPC1 мог иметь некоторые положительные эффекты в уменьшении разрушения тканей спинного мозга. По данным Международного стандарта неврологической классификации травм спинного мозга (ISNCSCI) у пяти участников исследования не наблюдалось неожиданной неврологической дегенерации или улучшения. [45]
Грант Стратегического партнерства III от CIRM обеспечит финансирование Asterias для поддержки следующего клинического исследования AST-OPC1 у пациентов с травмой спинного мозга, а также для усилий Asterias по разработке продукта, направленных на совершенствование и масштабирование методов производства для поддержки последующих стадий испытаний и, в конечном итоге, коммерциализация. Финансирование CIRM будет зависеть от одобрения FDA исследования, заключения окончательного соглашения между Asterias и CIRM и дальнейшего продвижения Asterias к достижению определенных заранее определенных этапов проекта. [45]
Основной проблемой, связанной с возможной трансплантацией ЭСК пациентам в качестве терапии, является их способность образовывать опухоли, включая тератомы. [46] Проблемы безопасности побудили FDA приостановить первое клиническое исследование ESC, однако опухолей обнаружено не было.
Основная стратегия повышения безопасности ЭСК для потенциального клинического использования заключается в дифференциации ЭСК в определенные типы клеток (например, нейроны, мышцы, клетки печени), которые имеют сниженную или устраненную способность вызывать опухоли. После дифференцировки клетки подвергают сортировке с помощью проточной цитометрии для дальнейшей очистки. Предполагается, что ЭСК по своей природе более безопасны, чем iPS-клетки, созданные с помощью генетически интегрируемых вирусных векторов , поскольку они не модифицированы генетически такими генами, как c-Myc, которые связаны с раком. Тем не менее, ЭСК экспрессируют очень высокие уровни генов, индуцирующих iPS, и эти гены, включая Myc, необходимы для самообновления и плюрипотентности ЭСК. [47] и потенциальные стратегии повышения безопасности за счет устранения экспрессии c-Myc вряд ли сохранят «стволовость» клеток. Однако было обнаружено, что N-myc и L-myc индуцируют iPS-клетки вместо c-myc с одинаковой эффективностью. [48] Более поздние протоколы по индукции плюрипотентности полностью обходят эти проблемы за счет использования неинтегрирующихся РНК-вирусных векторов, таких как вирус Сендай , или трансфекции мРНК .
Из-за характера исследований эмбриональных стволовых клеток по этой теме существует множество противоречивых мнений. Поскольку сбор эмбриональных стволовых клеток обычно требует уничтожения эмбриона, из которого эти клетки получены, моральный статус эмбриона оказывается под вопросом. Некоторые люди утверждают, что 5-дневная масса клеток слишком молода для достижения индивидуальности или что эмбрион, если он будет пожертвован из клиники ЭКО (где лаборатории обычно приобретают эмбрионы), в противном случае все равно пойдет в медицинские отходы. Противники исследования ЭСК утверждают, что эмбрион — это человеческая жизнь, поэтому его уничтожение — это убийство, и эмбрион необходимо защищать с той же этической точки зрения, что и более развитое человеческое существо. [49]
1964: Льюис Кляйнсмит и Дж. Барри Пирс-младший выделили один тип клеток из тератокарциномы , опухоли, которая теперь известна из зародышевых клеток . [50] Эти клетки были выделены из тератокарциномы, реплицировались и росли в клеточной культуре как стволовые клетки и теперь известны как клетки эмбриональной карциномы (ЭК). [ нужна ссылка ] Хотя сходство в морфологии и дифференцирующем потенциале ( плюрипотентность ) привело к использованию клеток ЭК в качестве модели in vitro для раннего развития мышей, [51] Клетки ЭК содержат генетические мутации и часто аномальные кариотипы , которые накопились во время развития тератокарциномы. Эти генетические аберрации еще раз подчеркнули необходимость культивирования плюрипотентных клеток непосредственно из внутренней клеточной массы .
Мартин Эванс открыл новую технику культивирования эмбрионов мышей в матке, позволяющую получать из этих эмбрионов ES-клетки.
1981: Эмбриональные стволовые клетки (ЭС-клетки) впервые были независимо получены из эмбрионов мышей двумя группами. Мартин Эванс и Мэтью Кауфман с кафедры генетики Кембриджского университета впервые в июле опубликовали информацию о новой методике культивирования мышиных эмбрионов в матке, позволяющей увеличить количество клеток и получить из этих эмбрионов ES-клетки. . [52] Гейл Р. Мартин с кафедры анатомии Калифорнийского университета в Сан-Франциско опубликовала в декабре свою статью и ввела термин «эмбриональная стволовая клетка». [53] Она показала, что эмбрионы можно культивировать in vitro и что из этих эмбрионов можно получить ES-клетки.
1989: Марио Р. Каппечи, Мартин Дж. Эванс и Оливер Смитис публикуют свои исследования, в которых подробно описывается их изоляция и генетические модификации эмбриональных стволовых клеток, создавая первых « нокаутных мышей ». [54] Создав нокаутных мышей, эта публикация предоставила ученым совершенно новый способ изучения болезней.
Дифференциация клеток овцы Долли 1996: Долли — первое млекопитающее, клонированное из взрослой клетки Институтом Рослина Эдинбургского университета . [55] Этот эксперимент выдвинул предположение, что специализированные взрослые клетки приобретают генетический состав для выполнения определенной задачи; что заложило основу для дальнейших исследований в области различных методов клонирования. Эксперимент Долли проводился путем получения клеток вымени млекопитающих от овцы (Долли) и дифференцировки этих клеток до завершения деления. Затем яйцеклетку получали от другой овцы-хозяина и удаляли ядро. Клетка вымени была помещена рядом с яйцеклеткой и соединена электричеством, заставляя эту клетку делиться ДНК. Эта яйцеклетка дифференцировалась в эмбрион , и эмбрион был имплантирован в третью овцу, которая родила клон-версию Долли. [56]
1998: Команда из Университета Висконсина, Мэдисон (Джеймс А. Томсон, Джозеф Ицковиц-Элдор, Сандер С. Шапиро, Мишель А. Вакниц, Дженнифер Дж. Свиргель, Вивьен С. Маршалл и Джеффри М. Джонс) публикуют статья под названием «Линии эмбриональных стволовых клеток, полученные из бластоцист человека». Исследователи, стоящие за этим исследованием, не только создали первые эмбриональные стволовые клетки, но и признали их плюрипотентность, а также способность к самообновлению. В аннотации статьи отмечается важность открытия для областей биологии развития и открытия лекарств. [57]
2001: Президент Джордж Буш разрешает федеральное финансирование для поддержки исследований примерно 60 — на данный момент уже существующих — линий эмбриональных стволовых клеток. Поскольку ограниченные линии, по которым Буш разрешил исследования, уже были установлены, этот закон поддерживал исследования эмбриональных стволовых клеток, не поднимая никаких этических вопросов , которые могли возникнуть при создании новых линий в рамках федерального бюджета. [58]
2006: Японские ученые Синья Яманака и Кадзутоши Такаши публикуют статью, описывающую индукцию плюрипотентных стволовых клеток из культур фибробластов взрослых мышей . Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) являются огромным открытием, поскольку они, по-видимому, идентичны эмбриональным стволовым клеткам и могут использоваться, не вызывая таких же моральных противоречий. [59]
подписывает указ 13505 Март 2009 г.: Президент Барак Обама , снимающий ограничения, введенные на федеральное финансирование стволовых клеток человека предыдущей администрацией президента. Это позволит Национальным институтам здравоохранения (NIH) обеспечить финансирование исследований hESC. В документе также говорится, что НИЗ должен предоставить пересмотренные руководящие принципы федерального финансирования в течение 120 дней с момента подписания приказа. [61]
Экстракорпоральное оплодотворение позволяет получить несколько эмбрионов. Избыток эмбрионов не используется клинически или непригоден для имплантации пациенту, поэтому может быть передан донором с согласия. Эмбриональные стволовые клетки человека могут быть получены из этих донорских эмбрионов или, кроме того, они также могут быть извлечены из клонированных эмбрионов, созданных с использованием клеток пациента и донорской яйцеклетки посредством процесса переноса ядра соматической клетки . [62] Внутренняя клеточная масса (представляющие интерес клетки) на стадии бластоцисты эмбриона отделяется от трофэктодермы, клеток, которые дифференцируются во внеэмбриональную ткань. иммунохирургия Для разделения проводится , процесс, при котором антитела связываются с трофэктодермой и удаляются другим раствором, а также механическое рассечение. Полученные клетки внутренней клеточной массы помещают на клетки, которые будут обеспечивать поддержку. Клетки внутренней клеточной массы прикрепляются и расширяются дальше, образуя недифференцированную линию эмбриональных клеток человека. Эти клетки питаются ежедневно и разделяются ферментативно или механически каждые четыре-семь дней. Для того чтобы произошла дифференцировка, линия эмбриональных стволовых клеток человека удаляется из поддерживающих клеток с образованием эмбриональных телец, культивируется совместно с сывороткой, содержащей необходимые сигналы, или для получения результата прививается в трехмерный каркас. [63]
Эмбриональные стволовые клетки получают из внутренней клеточной массы раннего эмбриона , которую собирают от материнского животного-донора. Мартин Эванс и Мэтью Кауфман сообщили о методе, который задерживает имплантацию эмбриона, позволяя увеличить внутреннюю клеточную массу. матери-донора Этот процесс включает в себя удаление яичников и введение ей прогестерона , изменяющего гормональную среду, в результате чего эмбрионы остаются свободными в матке. Через 4–6 дней внутриматочной культуры эмбрионы собирают и выращивают в культуре in vitro до тех пор, пока внутренняя клеточная масса не сформирует «структуры, похожие на яичный цилиндр», которые диссоциируются на отдельные клетки, и высеивают на фибробласты, обработанные митомицином-с. (для предотвращения митоза фибробластов ). Клональные клеточные линии создаются путем выращивания одной клетки. Эванс и Кауфман показали, что клетки, выращенные из этих культур, могут образовывать тератомы и эмбриоидные тельца и дифференцироваться in vitro, что указывает на плюрипотентность клеток . [52]
Гейл Мартин получила и культивировала свои ES-клетки по-другому. Она удалила эмбрионы от матери-донора примерно через 76 часов после совокупления и культивировала их в течение ночи в среде, содержащей сыворотку. На следующий день она удалила внутреннюю клеточную массу из поздней бластоцисты с помощью микрохирургии . Извлеченную внутреннюю клеточную массу культивировали на фибробластах, обработанных митомицином-с, в среде, содержащей сыворотку и кондиционированной ES-клетками. Примерно через неделю колонии клеток выросли. Эти клетки росли в культуре и демонстрировали плюрипотентные характеристики, о чем свидетельствует способность образовывать тератомы , дифференцироваться in vitro и образовывать эмбриоидные тельца . Мартин назвал эти клетки ES-клетками. [53]
Теперь известно, что питающие клетки обеспечивают фактор ингибирования лейкемии (LIF), а сыворотка обеспечивает костные морфогенетические белки (BMP), которые необходимы для предотвращения дифференцировки ES-клеток. [64] [65] Эти факторы чрезвычайно важны для эффективности получения ES клеток. Кроме того, было продемонстрировано, что разные линии мышей обладают разной эффективностью выделения ES-клеток. [66] В настоящее время мышиные ES-клетки используются для создания трансгенных мышей, в том числе нокаутных мышей . Для лечения человека необходимы плюрипотентные клетки, специфичные для пациента. Генерация человеческих ЭС клеток более сложна и сталкивается с этическими проблемами. Таким образом, в дополнение к исследованиям человеческих ES-клеток, многие группы занимаются созданием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток). [67]
получения новых клеточных Потенциальные линий методы
23 августа 2006 года онлайн-издание научного журнала Nature опубликовало письмо доктора Роберта Ланцы (медицинского директора Advanced Cell Technology в Вустере, Массачусетс), в котором говорится, что его команда нашла способ извлекать эмбриональные стволовые клетки, не разрушая настоящие клетки. эмбрион. [68] Это техническое достижение потенциально позволит ученым работать с новыми линиями эмбриональных стволовых клеток, полученными за счет государственного финансирования в США, где федеральное финансирование в то время было ограничено исследованиями с использованием линий эмбриональных стволовых клеток, полученных до августа 2001 года. В марте 2009 года ограничение было снято. [69]
Эмбриональные стволовые клетки человека также были получены методом переноса ядер соматических клеток (SCNT) . [70] [71] Этот подход также иногда называют «терапевтическим клонированием», поскольку SCNT имеет сходство с другими видами клонирования в том, что ядра переносятся из соматической клетки в энуклеированную зиготу. Однако в данном случае SCNT использовалась для получения линий эмбриональных стволовых клеток в лаборатории, а не живых организмов во время беременности. «Терапевтическая» часть названия включена в надежде, что эмбриональные стволовые клетки, полученные SCNT, могут иметь клиническое применение.
Технология iPS-клеток была впервые разработана лабораторией Шинья Яманака в Киото , Япония , который в 2006 году показал, что введение четырех специфических генов, кодирующих факторы транскрипции, может превращать взрослые клетки в плюрипотентные стволовые клетки. [72] Он был удостоен Нобелевской премии 2012 года вместе с сэром Джоном Гердоном «за открытие того, что зрелые клетки можно перепрограммировать, чтобы они стали плюрипотентными». [73]
В 2007 году было показано, что плюрипотентные стволовые клетки , очень похожие на эмбриональные стволовые клетки, могут быть индуцированы доставкой четырех факторов ( Oc3/4 , Sox2 , c-Myc и Klf4 ) в дифференцированные клетки. [74] Используя четыре ранее перечисленных гена, дифференцированные клетки «перепрограммируются» в плюрипотентные стволовые клетки, что позволяет генерировать плюрипотентные/эмбриональные стволовые клетки без эмбриона. Морфология и факторы роста этих индуцированных в лаборатории плюрипотентных клеток эквивалентны эмбриональным стволовым клеткам, поэтому эти клетки стали известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки). [75] Первоначально это наблюдение наблюдалось в плюрипотентных стволовых клетках мыши, но теперь может быть выполнено в фибробластах взрослого человека с использованием тех же четырех генов. [76]
Поскольку этические проблемы в отношении эмбриональных стволовых клеток обычно связаны с их происхождением от терминированных эмбрионов, считается, что перепрограммирование этих iPS-клеток может быть менее спорным.
Это может позволить создать линии ES-клеток, специфичные для пациентов, которые потенциально могут быть использованы для клеточно-заместительной терапии. Кроме того, это позволит создавать линии ES-клеток от пациентов с различными генетическими заболеваниями и предоставит бесценные модели для изучения этих заболеваний.
16 января 2008 года калифорнийская компания Stemagen объявила, что они создали первые зрелые клонированные человеческие эмбрионы из отдельных клеток кожи, взятых у взрослых. Эти эмбрионы могут быть собраны для пациента, подходящего для подбора эмбриональных стволовых клеток. [79]
реагентами, используемыми в клеток культуре Загрязнение
Интернет-издание Nature Medicine 24 января 2005 года опубликовало исследование, в котором говорилось, что человеческие эмбриональные стволовые клетки, доступные для исследований, финансируемых из федерального бюджета, загрязнены нечеловеческими молекулами из культуральной среды, используемой для выращивания клеток. [80] Это распространенный метод использования клеток мыши и других клеток животных для поддержания плюрипотентности активно делящихся стволовых клеток. проблема была обнаружена, когда было обнаружено, что нечеловеческая сиаловая кислота в питательной среде ставит под угрозу потенциальное использование эмбриональных стволовых клеток у людей. По словам ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего , [81]
Однако в исследовании, опубликованном в онлайн-издании Lancet Medical Journal 8 марта 2005 г., содержится подробная информация о новой линии стволовых клеток, полученной из человеческих эмбрионов в условиях, полностью лишенных клеток и сыворотки. После более чем 6 месяцев недифференцированной пролиферации эти клетки продемонстрировали потенциал к образованию производных всех трех эмбриональных зародышевых листков как in vitro , так и в тератомах . Эти свойства также успешно сохранялись (более 30 пассажей) у созданных линий стволовых клеток. [82]
Клетки-музы (многолинейные дифференцирующиеся стрессоустойчивые клетки) представляют собой нераковые плюрипотентные стволовые клетки, обнаруживаемые у взрослых. [83] [84] Они были обнаружены в 2010 году Мари Дезавой и ее исследовательской группой. [83] Клетки-музы обитают в соединительной ткани почти каждого органа, включая пуповину, костный мозг и периферическую кровь. [85] [83] [86] [87] [88] Их можно получить из коммерчески доступных мезенхимальных клеток, таких как фибробласты человека , мезенхимальные стволовые клетки костного мозга и стволовые клетки, полученные из жировой ткани. [89] [90] [91] Клетки-музы способны генерировать клетки, представляющие все три зародышевых листка, из одной клетки как спонтанно, так и под действием цитокинов . Экспрессия генов плюрипотентности и триблобластическая дифференциация самообновляются на протяжении поколений. Клетки-музы не подвергаются образованию тератом при трансплантации в среду хозяина in vivo, что устраняет риск онкогенеза за счет необузданной пролиферации клеток. [83]
^ Сиу, CW; Мур, Дж. К.; Ли, РА (2007). «Кардиомиоциты, полученные из эмбриональных стволовых клеток человека, для лечения сердца». Целевые лекарственные средства для лечения сердечно-сосудистых и гематологических заболеваний . 7 (2): 145–152. дои : 10.2174/187152907780830851 . ПМИД 17584049 .
^ Бернштейн С., Бернштейн Х., Пейн С.М., Гаревал Х. (июнь 2002 г.). «Репарация ДНК / проапоптотические белки двойной роли в пяти основных путях репарации ДНК: надежная защита от канцерогенеза». Мутат. Рез . 511 (2): 145–178. дои : 10.1016/S1383-5742(02)00009-1 . ПМИД 12052432 .
^ Клоцко, Арлин Джудит; Клоцко, приглашенный научный сотрудник Медицинской школы Королевского бесплатного колледжа и университетского колледжа Арлин Джудит (2006). Ваш собственный клон? . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-85294-4 . Архивировано из оригинала 22 декабря 2022 г. Проверено 21 февраля 2022 г.
^ Огура, Фумитака; Вакао, Сёхей; Курода, Ясумаса; Цучияма, Кенитиро; Багери, Можде; Хенейди, Салех; Чейзенбалк, Грегорио; Айба, Сэцуя; Дезава, Мари (2014). «Жировая ткань человека обладает уникальной популяцией плюрипотентных стволовых клеток с неонкогенной и низкой теломеразной активностью: потенциальные последствия в регенеративной медицине». Стволовые клетки и развитие . 23 (7): 717–728. дои : 10.1089/scd.2013.0473 . ПМИД 24256547 .
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: be7150a757f5c756f4c463823788f47c__1714080180 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/be/7c/be7150a757f5c756f4c463823788f47c.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Embryonic stem cell - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)