Материал: Стволовые клетки и молекулярная биология

Плюрипотентные стволовые клетки могут давать большее разнообразие клеточных типов, чем единственная стволовая клетка зародышевой линии. Единственная плюрипотентная стволовая клетка может образовывать клетки, принадлежащие всем трем линиям зародышевых слоев. Как стволовые клетки линии зародышевого слоя, так и плюрипотентные стволовые клетки демонстрируют повышенные способности к самообновлению, далеко превосходящие продолжительность жизни клеток - предшественниц (50-70 удвоений популяции).

Авторы предполагают, что активация покоящихся тканевоспецифичных клеток - предшественниц, стволовых клеток линии зародышевого слоя и/или плюрипотентных стволовых клеток может послужить потенциальным объяснением, совместно с дедифференцировкой и трансдифференцировкой процесса восстановления тканей. Сегодня исследуются несколько модельных систем для определения возможностей использования взрослых покоящихся резервных клеток - предшественниц для тканевой инженерии /51/.

Таким образом, процесс восстановления тканей объясняется активацией покоящихся тканевоспецифичных клеток - предшественниц, стволовых клеток линии зародышевого слоя и/или плюрипотентных стволовых клеток

Генетический контроль стволовых клеток при старении

Исследования по выявлению генов, регулирующих стволовые клетки, обычно принимают одну из двух различных линий исследования: прямой и обратный генетические подходы.

Прямой генетический подход движется от измеримых фенотипических различий к генетическому полиморфизму, а обратный генетический подход использует обратную генетику. Число недавно открытых локусов, ответственных за стволовые клеточно-специфичные фенотипы и функции быстро увеличивается вследствие успехов обоих подходов.

Эти локусы регулируют стволовые клетки за счет внутренних (клеточноавтономных)и/или внешних механизмов и диктует решения, определяющие клеточную судьбу. В течение процесса старения стволовые клетки претерпевают количественные и качественные изменения. Можно выдвинуть гипотезу, что скорость старения и продолжительность жизни организма определяется обоими этими обстоятельствами/25/.

Таким образом, в течение процесса старения стволовые клетки претерпевают количественные и качественные изменения.

Ламины

Ген LMNA кодирует белки ламины А и С, которые участвует в 9 различных ламинопатиях - наследственных заболеваниях, которые связаны с преждевременным старением.

Последние данные демонстрируют, что ламины А и С имеют важнейшие функции в зашите клеток от физического повреждения, а также поддерживают функцию транскрипционных факторов, требующуюся для дифференцировки взрослых стволовых клеток. Дегенеративная природа ламинопатий объяснена, потому что эти ламины сушественно важны для поддержания соматических тканей во взрослом состоянии/17/.

Таким образом, ламины имеют важнейшие функции в зашите клеток от физического повреждения, а также поддерживают функцию транскрипционных факторов, требующуюся для дифференцировки взрослых стволовых клеток.

Фармакогеномика

Терапевтическое применение стволовых клеток представляет новый подход к лечению множества генетических и дегенеративных болезней.

Возникновение фармакогенетики обещает оптимальный индивидуализированный лечебный режим для широкого разнообразия патологий. Это создает новую нишу в терапевтическом медицинском исследовании, фармакогеномику.

Развитие этого направления требует применения существующих технологий геномики, протеомики и биоинформатики к решению различных проблем, связанных с терапевтическими применениями стволовых клеток /2/.

Таким образом, на базе фармагенетики создано новое направление - фармакогеномика.

Генная терапия и стволовые клетки

Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) являются клоногенными, негематопоэтическими стволовыми клетками, присутствующими в костном мозге, и они способны дифференцироваться во множественные мезодерального типа клеточные линии, например, остеобласты, хондроциты, эндотелиальные клетки и также немезодермального типа линии, например, нейроноподобные клетки.

Несколько методов сейчас доступно для изоляции МСК, основанные на их физических и физико-химических характеристиках, например, сцеплению с пластмассами или другими внеклеточными матриксными компонентами. Из-за легкости их изоляции и их большого потенциала дифференцировки, МСК находились среди первых стволовых клеток, использовавшихся в клинике.

Несколько исследований продемонстрировали возможное использование МСК в систематической трансплантации для системных болезней, локальной трансплантации для локальных тканевых дефектов, и как переносчик генов в протоколах генной терапии или для генерации трансплантабельных тканей и органов в протоколах тканевого инжиниринга.

Перед тем, как широко использовать их в терапии, должны быть созданы методы, позволяющие генерировать большое число клеток, не влияющие на их потенциал дифференцировки, так же, как технологии, позволяющие преодолевать иммунологическое отторжение (в случае аллогенных трансплантантов)/21/.

Последние исследования показали, что продолжительность жизни мезенхимальных стволовых клеток span может быть увеличена путем увеличения уровней экспрессии теломеразы в клетках, и тем позволяя культуре накопить большее число клеток, необходимых для терапии. Дополнительно, было показано, что, возможно, культивировать клетки в ксено - окружении без влияния на их рост и потенциал дифференцировки. В заключение, мезенхимальные стволовые клетки кажутся гипоиммуногенными, и поэтому аллогенный трансплантант из мезенхимальных стволовых клеток возможен /22/.

В последние две декады способность переносить гены в ГСК обеспечила новые инсайты в поведение индивидуальных стволовых клеток и послужила основой новых подходов к лечению различных наследственных или приобретенных заболеваний. В настоящее время перенос в ГСК был достигнут в основном с помощью модифицированных ретровирусов. В то время как основанные на ретровирусах векторы могут эффективно трансдуцировать мышиные ГСК, экстраполяция этих методов к большим млекопитающим и человеку показала в клинических испытаниях, что они ведут к очень небольшому числу маркированных генами приживленных клеток. Дополнительно, in vitro оценки с помощью прогениторных клеток были найдены обладающими низкой предсказательной силой по отношению к исходу переноса генов в стволовые клетки. Внимание быстро переместилось к развитию превосходящих и более информативных преклинических анализов в исследовании переноса генов в человеческие стволовые клетки. Ксеногенные трансплантационные модели и системы трансплантации у больших млекопитающих оказались бесценны. Развитие лучших методов для оценки протоколов человеческой генной терапии и лучшего понимания стволовых клеток и векторной биологии нашло свою кульминацию в последней декаде во множественных стратегиях для улучшения эффективности переноса генов ГСК. Улучшенные векторы переноса генов, оптимизация комбинации цитокинов и включение рекомбинантных фрагментов фибронектина в течение трансдукции являются примерами новых успешных добавлений к ранним протоколам переноса, которые внесли вклад в первый несомненные клинические выгоды от генетического манипулирования с ГСК /23/.

Таким образом, введение новых генов в стволовые клетки (генная терапия) раскрывает новые возможности для регенеративной медицины.

Инжиниринг контроля стволовых клеток

Существует значительный интерес к изучению стволовых клеток, как к их базовым биологическим функциям в течение развития и взрослого состояния, так и к вопросам их использования в качестве нового источника специализированных клеток для восстановления ткани. Является ли мотивацией исследования фундаментальная биология или биомедицинское приложение, прогресс зависит от изучения того, как лучше контролировать функции стволовых клеток на количественном и молекулярном уровне.

Существует несколько важнейших проблем в поле исследования, включая идентификацию новых сигналов и выявление условий, которые регулируют и влияют на клеточную функцию, и приложение этой информации для дизайна биопроцессов стволовых клеток и терапий. Оба эти направления могут получить значительную выгоду от синтеза биологических данных в количественные и все более механистичные модели, которые не только описывают, но также предсказывают, как окружение стволовых клеток может контролировать их судьбу.

Ранние модели контроля стволовых клеток использовали допущение, что судьба стволовых клеток определяется стохастическими, самоинициирующимися процессами, теперь появились гибридные детерминистско - стохастические модели с увеличивающимся молекулярным разрешением, которые описывают регуляцию окружением. По мере того, как понимание механизмов клеточного контроля расширяется от клеточной поверхности по направлению к ядру, эти усилия могут найти кульминацию в развитии программы культуры стволовых клеток, или серии сигналов, обеспечивающих определенную траекторию развития, как функцию времени/29/.

Таким образом, ранние модели контроля стволовых клеток использовали допущение, что судьба стволовых клеток определяется стохастическими, самоинициирующимися процессами, теперь появились гибридные детерминистско-стохастические модели с увеличивающимся молекулярным разрешением. Эти усилия могут найти кульминацию в развитии программы культуры стволовых клеток.