Стволовите клетки притежават впечатляващия потенциал да се развиват в много различни клетъчни типове в тялото през ранния период на растеж и развитие на организма. Освен това, при много тъкани те служат като вътрешна система за поправка, посредством способността си да се делят неограничен брой пъти, като така попълват запаса от други клетки през целия живот на организма. Когато стволова клетки се дели, всяка нова клетка притежава потенциала да остане стволова клетка или да стане друг тип клетка с по-специализирана функция като мускулна, червена кръвна или мозъчна клетки.
Стволовите клетки се различават от другите типове клетки по две основни характеристики. Първо, те са специализирани клетки, способни да се обновяват чрез клетъчно делене, понякога след периоди на неактивност. Второ при определени физиологични или експериментални условия те могат да бъдат индуцирани да станат тъканно- или органоспецифични клетки с конкретни функции. При някои органи, като червата и костния мозък, стволовите клетки се делят редовно, за да възстановяват и заместват износените или повредени тъкани. В други органи обаче, като панкреаса и сърцето, стволовите клетки се делят само при специални условия.
До скоро учените главно работеха с два вида стволови клетки от животни и хора: ембрионални стволови клетки и неембрионални („соматични” или „възрастни”) стволови клетки. Учените открили различни начини да извличат ембрионални стволови клетки от ранни миши ембриони още през 1981. Детайлното изучаване на биологията на мишите стволови клетки води до откриването през 1998 на метод за извличане на стволови клетки от човешки ембриони и намножаване на клетките в лабораторни условия. Тези клетки са наречени човешки ембрионални стволови клетки. Ембрионите, използвани при тези изследвания, са създадени за репродуктивни цели чрез процедури при ин витро оплождането. Когато някои от тях вече не са нужни за тази цел, те се даряват за изследвания с информираното съгласие на донора. През 2006 г. изследователи направили ново откритие като определили условията, които биха позволили някои диференцирани възрастни клетки да бъдат „препрограмирани” генетично, за да добият състояние, подобно на стволова клетка. Това нов вид стволови клетки били наречени индуцирани плурипотентни стволови клетки.
Стволовите клетки са важни за живите организми по много причини. При бластоциста (три- до петдневен ембрион), вътрешните клетки дават началото на цялото тяло на организма, включително всички от множеството специализирани клетъчни типове и органи като сърце, бял дроб, кожа, сперматозоиди, яйцеклетки и други тъкани. В някои възрастни тъкани, като костен мозък, мускули и мозък, обособени популации от възрастни стволови клетки образуват нови клетки, замествайки изгубените при нормалното износване, скъсване, травма или болест клетки.
Със своите уникални регенеративни способности, стволовите клетки предлагат нови възможности за лечението на заболявания като диабет и сърдечно-съдови заболявания. Предстои обаче да бъде свършена още много работа в клиничната и лабораторната практика, докато разберем как да използваме тези клетки за клетъчно-насочени терапии при лечение на заболявания, което се означава като регенеративна или репаративна медицина.
Лабораторните изследвания със стволови клетки позволяват на учените да изучат основните им функции и какво ги прави различни от специализираните клетъчни типове. Учените вече използват стволови клетки в лабораторни условия при тестването на нови лекарства и за да разработват моделни системи за изследване на нормалния растеж и за откриване на причините за вродените дефекти.
Стволовите клетки се различават от всички други клетки в тялото
Всички стволови клетки, независимо от техния източник, имат три общи особености: (I) те са способни да се делят и обновяват за дълги периоди; (II) те са неспециализирани; и (III) дават начало на специализираните клетъчни типове.
Стволовите клетки са способни да се делят и обновяват за дълги периоди. За разлика от мускулните, кръвните или нервните клетки, които обичайно не могат да се делят, стволовите могат да го правят много пъти или с други думи, да пролиферират.
Началната популация от стволови клетки, която пролиферира в продължение на много месеци в лабораторни условия, може да създаде милиони клетки. Ако получените клетки също са неспециализирани като родителските за тях се казва, че са способни на продължително самообновяване.
Човешки стволови нервни клетки – клетъчните ядра са показани в синьо. Източник:https://www.britannica.com/science/stem-cell
Учените са опитват да разберат две фундаментални способности на стволовите клетки, които се отнасят до тяхното продължително самообновяване:
1. Защо ембрионалните стволови клетки пролиферират в продължение на година или повече в лабораторни условия без диференциране, а повечето възрастни стволови клетки не могат?
2. Кои са факторите при живите организми, които нормално регулират пролиферацията и самообновяването на стволовите клетки?
Откриването на отговори на тези въпроси може да ни помогне да разберем как клетъчната пролиферация се регулира през нормалното ембрионално развитие или през анормалното клетъчно делене, което води до рак. Това също би помогнало на учените да оглеждат по-ефективно ембрионални и неембрионални стволови клетки в лабораторни условия.
Специфичните фактори и условия, които позволяват на стволовите клетки да останат неспециализирани представляват голям интерес за учените. На учените са били необходими доста години на проби и грешки, за да създадат и огледат клетки в лабораторни условия без те да диференцират спонтанно в специфични клетъчни типове. Например, две десетилетия са били необходими, за да разберат как да отглеждат човешки ембрионални стволови клетки след като са открити условията за оглеждане на миши стволови клетки. По същия начин, учените трябва първо да разберат сигналите, които подпомагат неембрионална популация от стволови клетки да пролиферира и да остава неспециализирана преди да могат да създадат големи количества неспециализирани възрастни стволови клетки в лабораторни условия.
Ембрионални стволови клетки, деференциращи се в нервни. Източник:https://www.britannica.com/science/stem-cell
Стволовите клетки са неспециализирани
Една от фундаменталните особености на стволовата клетка е, че тя не притежава структури, характерни за конкретни тъкани, които да ѝ позволяват да изпълнява специализирани функции. Например, стволова клетка не може да работи със съседите си, за да изпомпва кръв или да пренася кислородни молекули в кръвта.
Неспециализираните стволови клетки обаче може да дадат начало на специализирани клетки, включително сърдечно-мускулни, кръвни или нервни клетки.
Стволовите клетки дават началото на специализираните клетъчни типове
Когато неспециализирани стволови клетки дадат началото на специализирани, процесът се нарича диференциация. Когато се диференцират клетките преминават през няколко стадия, ставайки все по-специализирани на всеки етап. Едва сега учените започват да разбират сигналите вътре и извън клетките, които насочват всяка стъпка от процеса на диференциация. Вътрешните сигнали са контролират от клетъчните гени, които са разпръснати по дългите ДНК вериги и носещи кодирани сигнали за всички клетъчни структури и функции. Външните сигнали за клетъчна диференциация включват химични вещества, секретирани от други клетки, физически контакти със съседни клетки и отделни молекули в микро средата. Взаимодействието на сигналите при диференциацията води до изменения в епигенетичните маркери на клетъчната ДНК, които ограничават експресията на ДНК в клетката и могат да бъдат предадени при клетъчното делене.
Изследванията върху стволовите клетки продължават да увеличават познанието ни за това как организма се развива от единична клетка и как здрави клетки заменят увредените при възрастните организми. Това е една от най-вълнуващите области на съвременната биология, но както и при много сразвиващи се области на научното познание, изследванията върху стволовите клетки освен че водят до нови открития бързо повдигат и сериозни научни и етични въпроси.
Използван източник и повече информация на следните линкове:
http://www.cell.com/cell-stem-cell/home
https://stemcells.nih.gov/info/basics/1.htm
Автор: Недялка Аценова
Източник: https://nauka.offnews.bg/