По-близък поглед към стволовите клетки

Стволовите клетки са основата, от която растат всички части на човешкото тяло.

Стволовите клетки са основата за всеки орган и тъкан в тялото ни. Има много различни видове стволови клетки, които идват от различни места в тялото или се образуват по различно време в живота ни. Те включват ембрионални стволови клетки, които съществуват само в най-ранните етапи на развитие и различни видове тъканно-специфични (или възрастни) стволови клетки, които се появяват по време на развитието на плода и остават в нашите тела през целия живот.

Всички стволови клетки могат да се самообновяват (правят копия на себе си) и да се диференцират (развиват в по-специализирани клетки). Отвъд тези две критични способности, обаче, стволовите клетки се различават значително в това, което могат и не могат да направят, и в обстоятелствата, при които те могат и не могат да правят определени неща. Това е една от причините, поради която изследователите използват всички видове стволови клетки в своите изследвания.

Ембрионални стволови клетки

Ембрионалните стволови клетки са култури от клетки извлечени от епибластната тъкан на вътреклетъчната маса на бластоциста или по-ранния стадий на ембриона. Човешкия бластоцист е с размерите на точката на буквата „i.“ При нормално развитие, клетките във вътрешната клетъчна маса ще доведат до по-специализираните клетки, които пораждат цялото тяло – всички наши тъкани и органи. Въпреки това, когато учените извличат вътрешната клетъчна маса и отглеждат тези клетки в специални лабораторни условия, те запазват свойствата на ембрионалните стволови клетки.

Ембрионалните стволови клетки са плурипотентни, което означава, че могат да предизвикат всеки клетъчен тип в напълно оформеното тяло, но не и плацентата и пъпната връв. С други думи, те могат да се развият всеки от над 200 типа клетки в тялото на възрастен човек, като се приложи достатъчно и необходимо стимулиране за специфичен тип клетки. Те не допринасят за допълнителните ембрионални мембрани или плацентата.

Тези клетки са изключително ценни, защото осигуряват възобновяем ресурс за изследване на нормалното развитие и болести, както и за тестване на лекарства и други терапии. Човешките ембрионални стволови клетки са получени главно от бластоцисти, създадени чрез ин витро оплождане (IVF) за асистирана репродукция, които вече не са необходими.

Специфични за тъканите стволови клетки

В сравнение с ембрионалните, стволовите клетки в зрелия организъм са вече са частично диференцирани – могат да се превръщат в специализираните клетки, принадлежащи към дадена голяма група.

Тъканните специфични стволови клетки (наричани също соматични или възрастни стволови клетки) са по-специализирани от ембрионални стволови клетки. Обикновено тези стволови клетки могат да генерират различни типове клетки за специфичната тъкан или орган, в който живеят. Например, кръвотворните (или хематопоетични) стволови клетки в костния мозък могат да предизвикат появата на червени кръвни клетки, бели кръвни клетки и тромбоцити. Въпреки това, кръвотворните стволови клетки не генерират чернодробни или белодробни или мозъчни клетки, а стволовите клетки в други тъкани и органи не генерират червени или бели кръвни клетки или тромбоцити.

Някои тъкани и органи в тялото ви съдържат малки заапси на тъканно-специфични стволови клетки, чиято работа е да заместят клетките от тъканите, които са загубени при нормално ежедневие или при нараняване, като тези в кожата, кръвта, и лигавицата на червата ти.

Изследването именно на тези клетки повиши общите ни познания за нормалното развитие, какви промени в стареенето настъпват и какво се случва с нараняване и заболяване.

Най- вероятно сте чували за мезенхимни стволови клетки. Те се извличат от тъканта на пъпната връв и могат да се обработват и да се размножават успешно в контролирани лабораторни условия. Мезенхимните ствовови клетки (MSCs) са важни при много терапевтични приложения, като наследствени заболявания, регенерация и възстановяване на тъкани и т.н. Чрез тях се изграждат органи на човешкия организъм (трахея, кожа, ухо и др.). До скоро най-обичайния източник на мезенхимните е бил костния мозък.

Индуцирани плурипотентни стволови клетки

Индуцираните плурипотентни стволови (iPS) клетки са клетки, които са конструирани в лабораторията чрез превръщане на тъканно-специфични клетки, като кожни клетки, в клетки, които се държат, като ембрионални стволови клетки. IPS клетките са критични инструменти, които помагат на учените да научат повече за нормалното развитие и началото и прогресията на заболяването, а също така са полезни за разработване и тестване на нови лекарства и терапии.

Индуцираните плурипотентни стволови споделят сходни характеристики, като тези на ембрионалните, включително способността да  създадат всички видове клетки в тялото. Но все пак са различни и учените изследват тези различия, с цел да ги използват, като източник на клетки или тъкани за медицинско лечение.

Стволовите клетки и стареенето, или какво се случва, когато нашите стволови клетки стареят и се уморяват?

Стареенето е неизбежен процес, пред който се изправяме всички. В крайна сметка нашите мускули и имунна система ще отслабнат, косата ни ще изтънее и умът ни няма да бъде толкова остър, колкото някога са били. Но каква е биологията, която е в основата на този процес? Ами ако напредъкът в областта на регенеративната медицина може да противодейства на този упадък и да облекчи симптомите на старостта?

Нека разгледаме тялото не като едно цяло, а като динамично множество от клетки, които растат, променят се, умират и се раждат. Тези клетки съставляват и попълват тъканите и органите на организма, действат съгласувано и общуват по очарователни начини, за да поддържат тялото в добро работно състояние. В много тъкани, възрастните стволовите клетки са в основата на този процес, чиято задача е да снабди клетките, за да поддържат нормалната тъканна функция и да улесняват регенерацията в отговор на нараняване. Логично е тогава да предположим, че докато телата ни стават по-стари и нашите органи и способности започват да се дегенерират, нашите стволови клетки трябва да остаряват с нас?

В действителност, много изследвания са се занимавали с разкриването на това какво се случва с нашите стволови клетки, когато остаряваме. Например, хематопоетичните стволови клетки, които произвеждат всички клетки на кръвта и имунната система, всъщност увеличават броя си с възрастта. За съжаление, разширяването на броя на клетките трябва да компенсира цялостната им загуба на функционалност. В крайна сметка се произвеждат по-малко бели кръвни клетки, което допринася за дефицитната имунна система и намалява резистентността към болести и инфекции при възрастните хора.

А какво става с клетките в мозъка?

Една очарователна възможност за изследване се фокусира върху това, което се случва със стволовите клетки в мозъка, докато стареем. До 60-те години се смяташе, че сме родени с определен жизнен цикъл на мозъчните клетки. Тази догма беше прекъсната от откриването на нервни стволови клетки (NSCs), които се намират в определени области на мозъка. Сега знаем, че те имат способността да произвеждат глия (глиалните клетки изпълняват предимно механични и метаболитни функции. Глията активно участва в създаването и поддържането на една среда, необходима за нормалното функциониране на невроните) и някои видове неврони при определени условия. С възрастта обаче тяхната способност да регенерират загубени или увредени мозъчни клетки намалява и те имат значително намаляване на броя на невроните, които могат да генерират.

За щастие, появата на технологии за идентифициране и изолиране на тези NSCs означава, че можем да проучим как те се променят, докато стареят и въоръжени с това знание, започваме да въвеждаме иновации и начини за спиране или обратното протичане на процеса на стареенето.

Неотдавна публикувано изследване от група в Станфордския университет предлага нови интересни идеи. Използвайки модел на мишка, екипът изследва разликите в NSCs между млади и стари мишки и установява, че NSCs при старите мишки се справят по- зле  с прочистването на протеините в клетките, което пречи на нормалното функциониране на самите клетки. При възрастните индивиди се наблюдава струване на протеинови агрегати или бучки. Това е впечатляващо, тъй като редица свързани с възрастта невродегенеративни заболявания, като болестта на Алцхаймер и Паркинсон, са свързани с натрупването на протеини, които могат да запушат мозъчните клетки и да причинят неизправност или смърт. Изследователите открили, че невъзможността на застарелите NSCs  да изчистят протеините уврежда тяхното активиране и производство на нови неврони. В проучването е установено, че изкуственото стимулиране на системата за изчистване на протеини на възрастни NSCs им дава нов живот, възстановявайки способността им да генерират неврони и увеличавайки броя на активните NSCs в мозъка на възрастните мишки.

Този тип фундаментални изследвания увеличават разбирането ни за биологията на стареенето и осигуряват научна основа за потенциални нови лечения, които биха могли да подобрят здравето на хората в напреднала възраст.

И тук идва въпроса дали можем да „лекуваме“ стареенето?

Въпреки че изследванията в тази насока са все още далеч от реализирането на дадено лекарство или лечение, се разработват нови лекарства с потенциал за лечение на дегенеративни болести, свързани с възрастта, някои от които потенциално насърчават регенерацията на стволови клетки. Ще са необходими време и контролирани клинични изпитвания, за да се определи безопасността и ефикасността на тези лечения. Междувременно някои компании събират и замразяват млади стволови клетки, с надеждата, че клетките ще бъдат полезни в бъдеще и ще могат да забавят или да преодолеят стареенето. Макар че това може да звучи привлекателно в момента, все пак  няма начин да се удължи живота на никого с помощта само на стволови клетки.

Изследванията за връзката на стареенето и стволовите клетки е област на научните изследвания в областта на биомедицинските иновации. С нарастващ напредък изследователските групи по света разкриват биологията защо и как функцията на стволовите клетки намалява с възрастта. Надеждата е, че един ден тези фундаментални изследвания ще се превърнат в лечения, които подобряват здравето и качеството на живот за бъдещите поколения.