stringtranslate.com

Линия стволовых клеток

Примерно 100 000 клеток макак-резусов, сгруппированных по сходству. Каждый цвет выделяет клетки из разных тканей, например, тимуса и лимфатических узлов (оттенки синего), костного мозга (красный), крови (белый), миндалин (желтый), кишечника (оттенки коричневого), мозга (серый), печени (зеленый), селезенки (фиолетовый) и легких (розовый).

Линия стволовых клеток — это группа стволовых клеток , которые культивируются in vitro и могут размножаться неограниченно долго. Линии стволовых клеток получают из тканей животных или человека и происходят из одного из трех источников: эмбриональные стволовые клетки , взрослые стволовые клетки или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки . Они обычно 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, образуя специализированные типы клеток. Благодаря способности стволовых клеток к самообновлению, линию стволовых клеток можно культивировать in vitro неограниченно долго.

Линия стволовых клеток существенно отличается от бессмертной линии клеток , например, линии HeLa . В то время как стволовые клетки могут размножаться в культуре бесконечно из-за своих присущих свойств, бессмертные клетки обычно не делятся бесконечно, но приобрели эту способность из-за мутации. Бессмертные линии клеток могут быть получены 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, таким образом, не могут культивироваться в течение длительных периодов времени in vitro. [ необходима цитата ]

Виды и методы вывода

Линия эмбриональных стволовых клеток

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

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

Линия взрослых стволовых клеток

Взрослые стволовые клетки находятся в ювенильных или взрослых тканях. Взрослые стволовые клетки мультипотентны : они могут генерировать ограниченное количество дифференцированных типов клеток (в отличие от плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток). Типы взрослых стволовых клеток включают гемопоэтические стволовые клетки и мезенхимальные стволовые клетки . Гематопоэтические стволовые клетки находятся в костном мозге и генерируют все клетки иммунной системы все типы клеток крови. Мезенхимальные стволовые клетки находятся в пуповинной крови, амниотической жидкости и жировой ткани и могут генерировать ряд типов клеток, включая остеобласты , хондроциты и адипоциты . В медицине взрослые стволовые клетки в основном 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 всех типов взрослых стволовых клеток, которые были успешно выделены и идентифицированы, только мезенхимальные стволовые клетки могут успешно выращиваться в культуре в течение длительных периодов 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, которые выращиваются in vitro, можно лучше классифицировать как первичные клетки.

Линия индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC)

Линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) — это плюрипотентные стволовые клетки, которые были получены из взрослых/соматических клеток. Метод создания iPSC был разработан лабораторией Шинья Яманака 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 эмбриональными стволовыми линиями, линии iPSC также плюрипотентны по своей природе, но могут быть получены без использования человеческих эмбрионов — процесс, который вызвал этические проблемы. Кроме того, могут быть созданы пациенто-специфичные линии клеток iPSC — то есть клеточные линии, которые генетически соответствуют индивидууму. Пациенто-специфичные линии iPSC были созданы для изучения заболеваний [6] и для разработки пациенто-специфичных медицинских терапий.

Методы культивирования

Линии стволовых клеток выращиваются и поддерживаются при определенной температуре и атмосферных условиях (37 градусов по Цельсию и 5% CO 2 ) в инкубаторах. Условия культивирования, такие как среда для роста клеток и поверхность, на которой клетки выращиваются, сильно различаются в зависимости от конкретной линии стволовых клеток. Различные биохимические факторы могут быть добавлены в среду для контроля фенотипа клеток, например, для поддержания стволовых клеток в плюрипотентном состоянии или для их дифференциации в определенный тип клеток.

Использует

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. Примерами состояний, над разработкой методов лечения которых на основе стволовых клеток работают исследователи, являются 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. Нейронные стволовые клетки (НСК), например, использовались в качестве модели для изучения механизмов, лежащих в основе дифференциации и созревания клеток центральной нервной системы (ЦНС). Эти исследования в последнее время привлекают все больше внимания, поскольку их можно оптимизировать и использовать для моделирования нейродегенеративных заболеваний и опухолей мозга. [7]

Этические вопросы

Существует противоречие, связанное с получением и использованием линий эмбриональных стволовых клеток человека. Это противоречие возникает из того факта, что получение эмбриональных стволовых клеток человека требует разрушения эмбриона человека на стадии бластоцисты, до имплантации. Существует широкий спектр точек зрения относительно морального рассмотрения, которое следует уделять эмбрионам человека на стадии бластоцисты. [8] [9]

Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах указом президента 13505 установлено, что федеральные деньги могут быть использованы для исследований, в которых используются одобренные линии человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESC), но они не могут быть использованы для получения новых линий. [10] Руководящие принципы Национального института здравоохранения (NIH) по исследованиям человеческих стволовых клеток, вступившие в силу 7 июля 2009 года, реализовали указ президента 13505, установив критерии, которым должны соответствовать линии hESC, чтобы быть одобренными для финансирования. [11] Реестр человеческих эмбриональных стволовых клеток NIH доступен в Интернете и содержит обновленную информацию о клеточных линиях, имеющих право на финансирование NIH. [12] По состоянию на январь 2022 года имеется 486 одобренных линий. [13]

Исследования показали, что одобренные линии hESC не используются единообразно в США, данные из банков клеток и опросы исследователей показывают, что только несколько доступных линий hESC регулярно используются в исследованиях. Доступ и полезность упоминаются как два основных фактора, влияющих на то, с какими линиями hESC ученые решают работать. [14]

Опрос, проведенный в 2011 году среди ученых, занимающихся стволовыми клетками в США и использующих линии эмбриональных стволовых клеток человека в своих исследованиях, показал, что 54% ​​респондентов использовали две или менее линий, а 75% использовали три или менее линий. [15]

Другое исследование отслеживало запросы на клеточные линии, 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 с апреля 2004 г. по декабрь 2008 г. (для HSCI). [16] Для NSCB из двадцати одной одобренной клеточной линии 77% запросов были на две линии (H1 и H9). Для HSCI из 17 линий, запрошенных более одного раза, 24,7% запросов были на две наиболее часто запрашиваемые линии.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ирфан Магсуд, М; ММ; Бахрами, АР; Гасролдашт, ММ (2013). «Бессмертие клеточных линий: проблемы и преимущества установления». Cell Biology International . 37 (10): 1038–1045. doi :10.1002/cbin.10137. PMID  23723166. S2CID  14777249.
  2. ^ Thomson, JA; Itskovitz-Eldor J; Shapiro SS; Waknitz MA; Swiergiel JJ; Marshall VS; Jones JM (6 ноября 1998 г.). «Линии эмбриональных стволовых клеток, полученные из человеческих бластоцист». Science . 282 (5391): 1145–1147. Bibcode :1998Sci...282.1145T. doi :10.1126/science.282.5391.1145. PMID  9804556.
  3. ^ "Stem Cell Basics". National Institutes of Health . Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Получено 15 июля 2023 г.
  4. ^ Walasek, MA; van Os R; de Haan G (август 2012 г.). «Экспансия гемопоэтических стволовых клеток: проблемы и возможности». Ann NY Acad Sci . 1266 (1): 138–150. Bibcode : 2012NYASA1266..138W. doi : 10.1111/j.1749-6632.2012.06549.x. PMID  22901265. S2CID  31893094.
  5. ^ Такахаши, Кацутоши; Шинья Яманака (25 августа 2006 г.). «Индукция плюрипотентных стволовых клеток из эмбриональных и взрослых культур фибробластов мыши с помощью определенных факторов». Cell . 126 (4): 663–676. doi : 10.1016/j.cell.2006.07.024 . hdl : 2433/159777 . PMID  16904174.
  6. ^ Park, IH; Arora, N; Huo, H; Maherali, N; Ahfeldt, T; Shimamura, A; Lensch, MW; Cowan, C; Hochedlinger, K; Daley, GQ (5 сентября 2008 г.). "Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, специфичные для заболеваний". Cell . 134 (5): 877–886. doi :10.1016/j.cell.2008.07.041. PMC 2633781 . PMID  18691744. 
  7. ^ Руис-Лозано, Пилар; Раджан, Притхи (2007). «Стволовые клетки как модели заболеваний in vitro». Current Stem Cell Research & Therapy . 2 (4): 280–292. doi :10.2174/157488807782793772. PMID  18220912.
  8. ^ Джордж, Роберт П.; Альфонсо Гомес-Лобо (2005). «Моральный статус человеческого эмбриона». Перспективы в биологии и медицине . 48 (2): 201–210. doi :10.1353/pbm.2005.0052. PMID  15834193. S2CID  523989.
  9. ^ Коэн, Синтия Б. (25 июня 2007 г.). Обновление материи жизни: стволовые клетки, этика и государственная политика . Oxford University Press. ISBN 9780195305241.
  10. ^ «Указ: Устранение барьеров для ответственных научных исследований с использованием стволовых клеток человека». whitehouse.gov . 9 марта 2009 г. – через Национальный архив .
  11. ^ "Руководство Национального института здравоохранения по исследованию стволовых клеток человека" . Получено 24 апреля 2014 г. .
  12. ^ "Реестр эмбриональных стволовых клеток человека NIH" . Получено 1 марта 2017 г.
  13. ^ "Реестр эмбриональных стволовых клеток человека NIH" . Получено 10 февраля 2022 г.
  14. ^ Левин, Аарон Д. (декабрь 2011 г.). «Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека». Nature Biotechnology . 29 (12): 1079–1081. doi :10.1038/nbt.2029. PMID  22158357. S2CID  13518962.
  15. ^ Левин, Аарон Д. (декабрь 2011 г.). «Доступ к линиям эмбриональных стволовых клеток человека». Nature Biotechnology . 29 (12): 1079–1081. doi :10.1038/nbt.2029. PMID  22158357. S2CID  13518962.
  16. ^ Кристофер, Томас Скотт; Дженнифер Б. Маккормик; Джейсон Оуэн-Смит (август 2009 г.). «И затем их было двое: использование линий эмбриональных стволовых клеток человека». Nature Biotechnology . 27 (8): 696–697. doi :10.1038/nbt0809-696. PMC 3933366 . PMID  19668169.