Ембріональні стовбурові клітини
ГЛАВА 1 Ембріональні стовбурові клітини: фундаментальні дослідження
1. На порозі нової біології та медицини
2. ЕСК: основні визначення та концепція
3. Основні джерела та способи виділення ЕСК (історична довідка)
4. Молекулярні основи тотипотентності геному ЕСК
5. Особливості фенотипу ЕСК
6.ЕСК – модель для вивчення геноміки раннього ембріогенезу та органогенезу
7. Направлене диференціювання ЕСК та ППКinvitro
8.ЕСК у вивченні функцій Нох-генів
9.ЕСК - новий біоресурс медицини
10.ЕСК: законодавство та біоетика
11. Міст між наукою та клінікою
Глава 2 Стовбурові клітини в ембріогенезі мозку ссавців
1.Моделі на стику клітинної біології та геноміки
2.Нервова трубка - першоджерело провізорних стовбурових клітин
3.Стовбуровий простір нюхового нейроепітелію
4.Стовбуровий простір епендими
5.Клональна дисперсія стовбурових клітин мозку
6.Регіоналізація та сегментація нервової трубки
7.Первинний нейро- та гліогенез
8.Спрямована міграція прогеніторних клітин: взаємодія з радіальною глією
9.Нейрональні стовбурові клітини in vitro
10.Методичні труднощі отримання клонів НСК з ЕСК
11.Отримання нейронів з ЕСК
12.Отримання ліній НСК
13. Трансплантація НСК/прогеніторних клітин в мозок ембріонів, що розвивається
14.Трансдиференціювання НСК після трансплантації
15.Нейромезенхімальні стовбурові клітини нервового гребеня
Ембріональні стовбурові клітини: фундаментальні дослідження
Природні сили всередині нас є найкращими цілителями хвороб
1. На порозі нової біології та медицини
Вражаюча різноманітність багатоклітинних має дуже скромний початок в одній заплідненій яйцеклітині. Багато поколінь біологів та ембріологів розмірковувало над загадкою, яким чином генетична інформація однієї клітини макромасштабується у сотні мільйонів клітин нового зародка.
Експериментальний прогрес стримувався тим, що яйцеклітини, зиготи та бластомери не вдавалося перевести в безсмертні лінії, отримавши таким чином клітинний матеріал у кількостях, достатніх для вивчення спектрів мРНК та білків (Weismann, 2000). Тільки ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) – проліферуючі «дублери» зиготи стали новим ресурсом клітин, що стоять біля витоків розвитку. Наука зробила перший крок до лабораторної тканини, що повторює соматичний ембріогенез ссавців в обхід гамет та запліднення.Тотипотентність– це властивість геному клітин макромасштабувати програми ембріогенезу, у тому числі відтворювати будь-яку із 250 спеціалізованих клітин дорослого організму. Подібно до зиготи і перших клітин зародка, ЕСК у простих умовах культури відтворюють «лабораторний» ембріогенез у два етапи. Спочатку мікрограмові кількості "клітин без фенотипу" пасерують у мільярди клітин. Потім незрілі постмітотичні клітини за допомогою набору хімічних інструкційinvitroвидозмінюють у клітини мозку, серцевого, скелетного м'яза, печінки і т.п. Отримання соматичних клітин з ЕСК йде в обхід органогенезу та багатьохподій, що відбуваються при природному розвитку зародка у матці. Як відомо, спеціалізовані клітини дорослого організму незворотно втрачають здатність до повторення ембріогенезу. У культурі більшість спеціалізованих клітин ізольованих з тканин швидко дедиференціюються, втрачаючи фенотип і профіль функцій. Науці поки не відомі способи отримання стовбурових клітин із диференційованих клітин. ЕСК – це ембріогенез без статевих клітин та вагітності.
ЕСК – незамінна модель для функціональної постгеноміки. Кардіоміоцити, міоцити, клітини крові та імунної системи є повними автоматами. Поведінка ЕСК визначається взаємодією зовнішніх сигналів з епігеномною системою клітин, що мають унікальну протеоміку та величезне «меню» з передсинтезованих мРНК. На клітинах ЕСК з максимально простим фенотипом легше аналізувати головний алгоритм онтогенезу: як soft сигнали безперервно змінюють hard-пристрій клітин. На відміну від молекулярної генетики, що вивчала функції окремих генів, постгеноміка займається протеомікою цілісних білкових мереж (як soft-мережі збирають клітинні пристрої). Інтегральні білкові мережі - платформа цілеспрямованого поведінки клітин як альтернативних відповідей. Адекватний вибір сигналів та відповіді ЕСК змушують визнати, що клітини мають елементарний інтелект для розпізнавання, вибору сигналів, їхньої селективної переробки. Селективний відбір сигналів транслюється далі в патерни поведінки клітин. Поведінка клітин та її порушення є кінцевою метою сучасної медицини. Цей рівень знань дає нові інструменти для розгадок хвороб клітин та старіння.
Інша важлива особливість геному ЕСК - спонтанна частота мутацій нижче в кілька разів, ніж у соматичних клітин. Внутрішньохромосомна рекомбінація таЕндоредуплікація окремих сегментів хромосом повністю блокована пристроєм хроматину. Генетична нестабільність хромосом та анеуплоїдії в пасажах характерні тільки для ліній тератокарциноми та ембріокарциноми (Servantes R.B., Stringer J.R., Tischfield J.A., 2002). Ця особливість організації хроматину робить маловірними випадкові перебудови хромосом, пов'язані з малігнізацією трансплантованих ЕСК-дериватів.
Cтволовая ніша –стабільне мікрооточення навколо кожного клону ЕСК, створюване моношаром про фідерних клітин. Трофобласт служить фідером для ембріобласта у передімплантаційних зародків ссавців. Клітини хоріоїдного сплетення служать живильним, захисним та інформаційним середовищем для нейральних стовбурових клітин епендими мозку, що розвивається. Ендотеліальні синуси, або капілярна мережа служать нішою для регіональних стовбурових клітин органів і тканин, у тому числі для мезенхімальних стовбурових клітин. Тому всі ранні ЕСК зародка вирощують у суспензії над моношаром фідерних стромальних клітин, які забезпечують незрілі плюрипотентні клітини всім необхідним для виживання та самооновлення.
В даний час ЕСК потрібні не тільки для розшифрування кодів передпостімплантаційного розвитку, але і лабораторного відтворення клітин органів в обхід вагітності. Отримати мініоргани in vitro – важче завдання, ніж отримати диференційовані клітини тих самих органів. Клітини - дублери зиготи необхідні біоетично допустимих експериментів. ЕСК не є зародком, не мають статусу «нового життя», оскільки отримані в обхід запліднення та вагітності. Зберігаючи ранг клітин, ЕСК є чимось більшим: вони серійно копіюють органогенез. Вони незамінні вивчення стиків розвитку клітина/орган/тканина. Поки що наука немає достатню платформу, щоб остаточно визначити юридичний/біоетичний статус ранніх зародків, ембріонів та плодів. Відсутність законодавчої бази щодо всіх періодів життя людини суттєво впливає на прийняття практичних рішень у галузі репродукційного та терапевтичного клонування. Біоетичні посилки багатьох високорозвинених країн, що стверджують статус нового життя та особистості з моменту зачаття та появи зиготи, йдуть урозріз із прийнятим законодавством, що визнає права нового життя лише з моменту народження. Узгодження цих питань на рівні держав та міжнародних інститутів (ООН, Рада Європи тощо) має першорядне значення для вільного розвитку біології та медицини. Як відомо, права на нові дослідження та знання можуть бути обмежені, якщо людина чи зародок не стають засобом до рук інших людей.
Біологи в суспільстві змушені відстоювати право на нові межі знань і нові технології. Розвиток зиготи в зародок відтворюється у лабораторії. Багато представників релігії наполягають, що створення/руйнування ранніх зародків у лабораторії є неприпустимим. Водночас у США та багатьох країнах дозволено платне донорство яйцеклітин (1500-2000 доларів у США), яке відкрило шлях до позастатевого отримання ранніх зародків. Один працюючий банк сперміїв та яйцеклітин у Норфолку (Канада) здатний забезпечити роботу всіх біотехнологічних компаній зі штучними бластоцистами для ізолювання ліній ЕСК. Бластоцисти зараз можна отримати шляхом перенесення ядра соматичної клітини замовника до зрілої донорської яйцеклітини, з якої попередньо було видалено пронуклеус. Лабораторні банки тотипотентних клітин вже створили техногенну ембріологію та альтернативу статевому процесу не з метою повторноговідтворення копій людей, що вже жили, а з метою лікування мільйонів пацієнтів на планеті. Згідно з прогнозом, у 2020-2030 роках приблизно третина пацієнтів отримуватиме лікування у вигляді пересадок дериватів ЕСК. Не роздуми, а єдина можлива допомога гине пацієнту - це імператив біоетики біля ліжка хворого (особливо у фатально приречених). Прагнення допомогти схиляють лікаря до лабораторного клонування клітин пацієнта як до останнього ефективного засобу допомоги. Аморальним у наш час стає не використовувати ЕСК для створення банку резервних клітин кожної людини у разі захворювання. Найбільш гуманна біоетика змушує інше суспільство бачити проблему насамперед очима та потребами хворих людей та їхніх найближчих родичів. Кожен пацієнт має право на порятунок та нові форми лікування. Наука та суспільство повинні розвивати медицину, яка дає новий шанс на виживання чи продовження життя існуючим на землі поколінням. Нові реалії медицини дуже змінили вектор дискусій навколо ЕСК.
У XIV столітті відбувалися запеклі теологічні суперечки про можливість посмертних розтинів з вивчення внутрішніх органів прокуратури та причин захворювань. Лише кілька лікарів того століття посміли створити секційну залу. Без цих піонерів у наступному столітті не було б анатомічного атласу та великих відкриттів Леонардо. Морфологія стала першою королевою медицини XV ст. У ХХІ столітті на стику клітинної біології ЕСК з функціональною постгеномікою народжується нове майбутнє медицини ХХІ століття. Неминуче розгоряються суперечки та дискусії, а знання обростають міфами та упередженнями у суспільстві.