Използване на стволови клетки в медицината

Стволовите клетки имат голям потенциал да се превърнат в един от най-важните аспекти на медицината. В допълнение към факта, че те играят голяма роля в развитието на възстановителната медицина, тяхното изследване разкрива много информация за сложните събития, които се случват по време на човешкото развитие.

Разликата между стволова клетка и диференцирана клетка се отразява в ДНК на клетките. В бившата клетка ДНК е подредена свободно с работещи гени. Когато сигналите влязат в клетката и процесът на диференциация започне, гените, които вече не са необходими, се изключват, но гените, необходими за специализираната функция, ще останат активни. Този процес може да бъде обърнат и е известно, че такава плюрипотентност може да бъде постигната чрез взаимодействие в генни последователности.

Много сериозни медицински състояния, като вродени дефекти или рак, са причинени от неправилна диференциация или клетъчно деление. Понастоящем са възможни няколко терапии със стволови клетки, сред които са лечения за увреждане на гръбначния мозък, сърдечна недостатъчност, дегенерация на ретината и макулата, скъсване на сухожилията и диабет тип 1. Изследването на стволови клетки може допълнително да помогне за по-добро разбиране на физиологията на стволовите клетки. Това може да доведе до намиране на нови начини за лечение на нелечими в момента заболявания.

Трансплантация на хематопоетични стволови клетки

Хематопоетичните стволови клетки са важни, тъй като те са най-добре характеризираните тъканно специфични стволови клетки; в края на краищата те са експериментално проучени повече от 50 години. Изглежда, че тези стволови клетки осигуряват точна система на парадигма за изследване на тъканно-специфични стволови клетки и те имат потенциал в регенеративната медицина.

Понастоящем многопотентната трансплантация на хематопоетични стволови клетки (HSC) е най-популярната терапия със стволови клетки. Целевите клетки обикновено се извличат от костния мозък, периферната кръв или кръвта от пъпната връв. Процедурата може да бъде автоложна (когато се използват собствените клетки на пациента), алогенна (когато стволовата клетка идва от донор) или сингенна (от идентичен близнак). Хематопоетичните стволови клетки са отговорни за генерирането на всички функционални хематопоетични линии в кръвта, включително еритроцитите, левкоцитите и тромбоцитите. Трансплантацията на хематопоетични стволови клетки решава проблеми, които са причинени от неподходящо функциониране на хематопоетичната система, която включва заболявания като левкемия и анемия. Когато обаче се вземат предвид конвенционалните източници на хематопоетичните стволови клетки, има някои важни ограничения. Първо, има ограничен брой трансплантируеми клетки и все още не е намерен ефективен начин за събирането им. Има проблем и с намирането на подходящ антиген, съответстващ на донора за трансплантация, а вирусното замърсяване или всякакви имунореакции също причиняват намаляване на ефективността при конвенционалните HSC трансплантации. Хематопоетичната трансплантация трябва да бъде запазена за пациенти с животозастрашаващи заболявания, тъй като има мултифакторен характер и може да бъде опасна процедура. Използването на iPSC е от решаващо значение при тази процедура. Използването на собствени неспециализирани соматични клетки на пациента като стволови клетки осигурява най-голямата имунологична съвместимост и значително увеличава успеха на процедурата.

Стволовите клетки като цел за фармакологично изследване

Стволовите клетки могат да бъдат използвани при нови тестове за лекарства. Всеки експеримент върху жива тъкан може да се извърши безопасно върху специфични диференцирани клетки от плюрипотентни клетки. Ако се появи някакъв нежелан ефект, лекарствените формули могат да се променят, докато достигнат достатъчно ниво на ефективност. Лекарството може да навлезе на фармакологичния пазар, без да навреди на живи тестери. За да се тестват правилно лекарствата обаче, условията трябва да са равни, когато се сравняват ефектите на две лекарства. За да постигнат тази цел, изследователите трябва да получат пълен контрол върху процеса на диференциация, за да генерират чисти популации от диференцирани клетки.

Стволовите клетки като алтернатива за артропластиката

Един от най-големите страхове на професионалните спортисти е получаването на контузия, която най-често означава края на професионалната им кариера. Това се отнася особено за наранявания на сухожилията, които поради настоящите възможности за лечение, фокусирани или върху консервативно или хирургично лечение, често не дават приемливи резултати. Проблемите с сухожилията започват с техните възможности за регенерация. Вместо функционално да се регенерира след нараняване, сухожилията само заздравяват, като образуват белези, които нямат функционалност на здрави тъкани. Фактори, които могат да причинят този неуспешен лечебен отговор, включват хиперваскуларизация, отлагане на калциеви материали, болка или подуване.

Освен това, в допълнение към проблемите с сухожилията, съществува голяма вероятност да се придобие патологично състояние на ставите, наречено остеоартрит (ОА) . ОА е често срещано поради аваскуларния характер на ставния хрущял и ниските му регенеративни способности. Въпреки че артропластиката понастоящем е често срещана процедура при лечение на ОА, тя не е идеална за по- млади пациенти, тъй като те могат да надживеят имплантата и ще изискват няколко хирургични процедури в бъдеще. Това са ситуации, при които терапията със стволови клетки може да помогне, като спре началото на ОА. Тези процедури обаче не са добре развити и дългосрочната поддръжка на хиалиновия хрущял изисква допълнителни изследвания.

Остеонекрозата на бедрената кост (ONFH) е заболяване, свързано с колапса на бедрената глава и риск от артропластика на тазобедрената става при по-млади популации. Въпреки че общата артропластика на тазобедрената става (THA) е клинично успешна, тя не е идеална за млади пациенти, най-вече поради ограничения живот на протезата. Нарастващ брой клинични проучвания са оценили терапевтичния ефект на стволовите клетки върху ONFH. Повечето от авторите демонстрират положителни резултати, с намалена болка, подобрена функция или избягване на артропластика на тазобедрената става.

Подмладяване чрез клетъчно програмиране

Стареенето е обратим епигенетичен процес. Първото изследване за подмладяване на клетките е публикувано през 2011 г. Клетките на възрастни индивиди имат различни транскрипционни сигнатури, високи нива на оксидативен стрес, дисфункционални митохондрии и по- къси теломери, отколкото в младите клетки . Съществува хипотеза, че когато соматичните клетки на възрастни хора или мишки се препрограмират на iPSC, тяхната епигенетична възраст на практика се нулира. Това се основава на епигенетичен модел, който обяснява, че по време на оплождането всички белези на парентерално стареене се заличават от генома на зиготата и часовникът й за стареене се нулира.

В своето проучване учените използват гени Oct4, Sox2, Klf4 и C-myc (OSKM гени) и засегнатите клетки на панкреаса и скелетните мускули, които имат слаб регенеративен капацитет. Процедурата им разкри, че тези гени могат да бъдат използвани и за ефективно регенеративно лечение. Основното предизвикателство на техния метод беше необходимостта да се използва подход, който не използва трансгенни животни и не изисква неограничено дълго приложение. Първият клиничен подход би бил превантивен, насочен към спиране или забавяне на скоростта на стареене. По-късно може да се опита прогресивно подмладяване на стари хора. В бъдеще този метод може да повдигне някои етични проблеми, като пренаселеност, което води до по-ниска наличност на храна и енергия.

Засега е важно да се научим как да прилагаме технологията за препрограмиране на клетки при нетрансгенни възрастни животни и хора, за да заличим белезите на стареене, без да премахваме епигенетичните белези на клетъчната идентичност.

Клетъчна терапия

Стволовите клетки могат да бъдат индуцирани да се превърнат в специфичен тип клетки, който е необходим за възстановяване на повредени или унищожени тъкани. В момента, когато нуждата от трансплантируеми тъкани и органи надвишава възможното снабдяване, стволовите клетки изглеждат перфектно решение на проблема. Най-честите състояния, които се възползват от такава терапия са макулни дегенерации, инсулти, остеоартрит, невродегенеративни заболявания и диабет. Благодарение на тази техника може да стане възможно генерирането на здрави клетки на сърдечния мускул и по- късно да ги трансплантира на пациенти със сърдечни заболявания.

В случай на диабет тип 1, клетките, произвеждащи инсулин в панкреаса, се унищожават поради автоимунологична реакция. Като алтернатива на трансплантационната терапия може да бъде възможно индуцирането на стволови клетки да се диференцира в клетки, произвеждащи инсулин.

Стволовите клетки и тъканните банки

iPS клетките с техните теоретично неограничени способности за размножаване и диференциране са привлекателни за настоящите и бъдещите науки. Те могат да се съхраняват в тъканна банка, за да бъдат основен източник на човешка тъкан, използвана за медицински преглед. Проблемът с конвенционалните диференцирани тъканни клетки, държани в лабораторията е, че техните функции на размножаване намаляват след време. Това не се случва в iPSC.

Известно е, че пъпната връв е богата на мезенхимни стволови клетки. Благодарение на криоконсервацията си веднага след раждането, стволовите му клетки могат успешно да се съхраняват и използват в терапиите за предотвратяване на бъдещи животозастрашаващи заболявания на даден пациент.

Стволовите клетки открити в пулпата на  временните млечни зъби , имат способността да се развиват в повече видове телесни тъкани от други стволови клетки. Техниките за тяхното събиране, изолиране и съхранение са прости и неинвазивни. Сред предимствата на банкирането на този вид стволови клетки са:

  • Гарантирана автоложна трансплантация в съответствие с донор, която не предизвиква имунна реакция и отхвърляне на клетки;
  • Просто и безболезнено както за дете, така и за родител;
  • Не са обект на същите етични проблеми като ембрионалните стволови клетки;
  • За разлика от стволовите клетки от пъпна кръв, тези клетки са в състояние да се регенерират в твърди тъкани като съединителна, неврална, зъбна или костна тъкан;
  • Стволовите клетки от пулпата на млечен зъб могат да бъде полезен за близки роднини на донора.

Болести на плодовитостта

През 2011 г. двама изследователи показат в експеримент върху мишки, че е възможно да се образуват сперматозоиди от iPSC. Те успяха да доставят здрави и плодородни малки при безплодни мишки. Експериментът е бил успешен и за женски мишки, при които iPSC образували напълно функционални яйцеклетки.

Учените представиха важни доказателства, че трансплантацията на човешки амниотични епителни клетки (hAEC) може ефективно да подобри функцията на яйчниците чрез инхибиране на клетъчната апоптоза и намаляване на възпалението в увредената яйчникова тъкан на мишки и може да бъде обещаваща стратегия за управление на преждевременна яйчникова недостатъчност или недостатъчност при жени, преживели рак.

Засега изглежда успешното лечение на безплодие при хората е само въпрос на време, но има няколко предизвикателства за преодоляване. Първо, процесът трябва да има висока ефективност; второ, шансовете за образуване на тумори вместо яйцеклетки или сперматозоиди трябва да бъдат максимално намалени.

Терапия за нелечими невродегенеративни заболявания

Благодарение на терапията със стволови клетки е възможно не само да се забави прогресията на нелечими невродегенеративни заболявания като болестта на Паркинсон, болестта на Алцхаймер (AD) и Хънтингтън, но и най-важното – да се премахне източникът на проблема. Невронните стволови клетки са способни да подобрят когнитивната функция в предклинични модели на гризачи на AD. Невронната дегенерация при болестта на Паркинсон (PD) е фокусна и допаминергичните неврони могат да бъдат ефективно генерирани от hESC. PD е идеално заболяване за iPSC-базирана клетъчна терапия. Тази терапия обаче все още е в експериментална фаза.

Използване на стволови клетки в стоматологията

Зъбите представляват много предизвикателен материал за регенеративната медицина. Те са трудни за пресъздаване поради техните  функции като артикулация, дъвечене или естетика поради сложната им структура. Понастоящем има шанс стволовите клетки да станат по-широко използвани от синтетичните материали. Зъбите имат голямо предимство, че са най-естественият и неинвазивен източник на стволови клетки. Тъканното инженерство е успешен метод за лечение на пародонтални заболявания. Стволовите клетки на кореновите апикални области са в състояние да пресъздадат периодонтален лигамент. Един от възможните методи за тъканно инженерство в пародонтологията е генната терапия, провеждана с използване на растежни фактори, съдържащи аденовируси.

В резултат на проучвания върху животни, регенерацията на дентин е ефективен процес, който води до образуването на мостове от дентин. Емайлът е по-труден за регенериране от дентина. Здравата зъбна тъкан има голямо количество стволови клетки, въпреки че този брой се намалява, когато тъканта е или травматизирана, или възпалена. Има няколко групи зъбни стволови клетки, които могат да бъдат изолирани.