Материал: Клеточные технологии

Клеточные технологии

Министерство образования и науки Российской Федерации

Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

РЕФЕРАТ

ДИСЦИПЛИНА: "Инновации в технике и управлении"

ТЕМА: "Клеточные технологии"

Выполнил:

Митул К.В.

Калуга, 2015 г.

Оглавление

Введение

. Стволовые клетки

.1 Общая характеристика и виды стволовых клеток

.2 Получение стволовых клеток

. Применение клеточных технологий в XXI веке

. Клеточные технологии в кардиологии

.1 Перспективы развития и этические проблемы клеточных технологий в кардиологии

Заключение

Литература

Введение

С развитием медицинских технологий развиваются и способы лечения разнообразных недугов. Наблюдается тенденция к смещению акцента на более точное и выборочное воздействие на организм. Если ранее доктора использовали воздействие на органы и ткани в целом, то теперь наиболее современными являются клеточные технологии, которые воздействуют на менее крупные структуры тела.

Развитие клеточных технологий, связанное в большей части с использованием стволовых клеток, породило многочисленные слухи, мифы и предубеждения. На Западе эта область знаний в течение 10 лет из-за моратория, который был снят в Великобритании, Австрии, Японии, США, Германии в 2000-2002 гг., развивалась биотехнологическими фирмами и корпорациями. В России, по мнению В. Репина (2002), «отсутствие знаний и эффективного государственного контроля привело к тому, что рынок медицинских услуг захвачен псевдотехнологиями. «Дилетантское обсуждение проблемы стволовых клеток начинается с трансплантации и клонирования организмов». Серьезное обсуждение должно начинаться с фундаментальных свойств и закономерностей функционирования стволовых клеток, в которых, несмотря на ряд бесспорных прорывов, имеются существенные пробелы.

На сегодняшний день клеточные технологии - это самая динамично развивающаяся область современной науки, 21 век - это век клеточных технологий в медицине и биологии. То, что разработано в этой области на сегодняшний день, только начало клеточных технологий. Медицина постоянно развивается и ее прогресс не остановить, поэтому, возможно в скором будущем, клеточные технологии станут неотъемлемой частью жизни человечества и его здоровья. Но ученым всех стран придется пройти огромный путь для осуществления этой цели.

В наше время человечество имеет все: смартфоны, с множеством функций; персональные компьютеры; автоматизированные производства; автомобили; список можно продолжать до бесконечности. Все это нам упрощает жизнь, но не прибавляет здоровья. Поэтому в столь прогрессивное время я считаю выбранную мной тему очень актуальной. Объектом моей работы являются клеточные технологии, а предметы моего исследования - области применения клеточных технологий и их перспективы.

При выполнении данной работы я поставила перед собой цель определить нынешнее положение клеточных технологии в нашей жизни и перспективы их развития.

При выполнении работы перед собой я поставила следующие задачи:

) изучить области использования стволовых клеток в настоящее время;

) определить путь развития клеточных технологий;

) оценить этическую сторону клеточных технологий.

.       
Стволовые клетки

клетка кардиология сердечный сосудистый

Прошло около полувека с того времени, когда ведущие школы отечественной гематологии впервые опубликовали данные о «вечных» клетках, дающих жизнь всему организму и поддерживающих ее от начала до конца. Но уровень научных знаний и технического оснащения лабораторий того времени не позволил сделать следующий шаг на пути исследования этих загадочных клеток. Их время наступило лишь в начале 90-х годов, когда ученые США повторно «открыли» стволовые клетки сначала в костном мозге, а затем и во всех органах и тканях высших животных. 1 июня 1909 года - термин «стволовая клетка» был предложен к широкому использованию русским гистологом Александром Максимовым. Он описал гемопоэтические стволовые клетки и доказал их существование. Hа заседании гематологов в Берлине был представлен доклад «Лимфоцит как общая стволовая клетка различных элементов крови в эмбриональном развитии и постфетальной жизни млекопитающих». Когда же широкой общественности стало известно, что стволовые клетки могут быть внесены в организм искусственно, то предприниматели от медицины немедленно приступили к освоению этой области. Что же такое стволовые клетки? Объяснить это можно так: стволовыми клетками называют универсальные клетки организма, способные при определенных условиях развиться в любой вид ткани и способствовать образованию любого органа - печени, почек, сердца, мозга и т.д.

Откуда же они берутся? Известно, что каждый человек произошел от соединения яйцеклетки и сперматозоида. То есть происхождению всего того, что у нас есть, мы обязаны двум клеткам, объединившимся в одну - зиготу. Именно она делится и дает начало клеткам, не имеющим других функций, кроме передачи генетического материала в следующие клеточные поколения. Это эмбриональные стволовые клетки. Из них развиваются все остальные высокодифференцированные клетки организма.

Таким образом, стволовые клетки - это универсальный строительный материал, из которого произрастает все, что угодно. Пока человеческому организму хорошо, стволовые клетки свободно и независимо «блуждают» по его просторам. Но как только стволовые клетки получают генетический сигнал, они по кровяному руслу устремляются к пораженному органу, находят любое повреждение и превращаются на месте в необходимые организму клетки.

.1 Общая характеристика и виды стволовых клеток

Стволовые клетки (СК) - это клоногенные клетки, способные к самообновлению и дифференцировке в другие типы клеток.

СК характеризуются наличием трех главных свойств:

. СК ассиметрично делятся, то есть при пролиферации СК вместо образования 2-х одинаковых дочерних клеток одна - дочерняя клетка становится коммитированной, способной стать более специализированной, а другая - остается неспециализированной СК;

. СК способны к самообновлению;

. СК могут дифференцироваться в специализированные типы клеток, проходя стадию прогениторных клеток (progenitor - предшественник) из так называемого краткосрочно существующего пула неспециализированных коммитированных СК.

По происхождению различают 2 группы СК - эмбриональные и региональные (взрослые) СК. Потенции генома этих клеток существенно различаются по свойствам и ассортименту воспроизводимых ими специализированных клеток.

Эмбриональные СК (ЭСК)- возникают на ранних стадиях развития зародыша и представляют собой клетки с тотипотентными или плюрипотентными свойствами. Именно эти клетки являются истинно стволовыми клетками в организме. На 2-4 сутки развития зародыша (стадия морулы) формируются тотипотентные СК, которые способны развиваться до стадии взрослого организма.

Обычно же ЭСК выделяют из эмбриобласта на 5-7 сутки развития человеческого зародыша. Эти клетки плюрипотентны и представляют собой группу зародышевых клеток (около 80-100 клеток), являющихся зачатком всех будущих высокоспециализированных клеток. Клетки эмбриобласта способны дифференцироваться во все типы клеток, образовывать любые ткани организма, но не цельный организм, поскольку эти клетки не участвуют в образовании экстраэмбриональных структур.

В более позднюю фазу развития эмбриона (на 5-12 неделе внутриутробного развития) вплоть до рождения из него выделяют более зрелый тип ЭСК, которые называют СК поздних эмбрионов или СК плодов.

Поскольку поздние зародышевые СК выделяются на стадии образования зачатков различных органов, то возможности этих клеток к дифференцировке в различные типы специализированных клеток уже ограничены эмбриональным лепестком их происхождения, а также степенью зрелости. Именно поэтому поздние зародышевые СК относят уже не к плюрипотентным, а мульти- и даже унипотентным клеткам, то есть к клеткам, способным создавать при культивировании лишь ограниченное число клеточных фенотипов.

Мульти- или унипотентность СК поздних эмбрионов можно рассматривать как разновидность региональных СК или СК взрослых организмов.

Важный плюс ЭСК состоит в том, что они не вырабатывают антигены тканевой совместимости. Каждый человек обладает уникальным набором этих антигенов, и их несовпадение у донора и реципиента является важнейшей причиной несовместимости при трансплантации. Соответственно, шанс того, что донорские эмбриональные клетки будут отторгнуты организмом реципиента очень невысок. При пересадке иммунодефицитным животным эмбриональные стволовые клетки способны образовывать опухоли сложного строения - тератомы, некоторые из них могут стать злокачественными. Достоверных данных, о том как ведут себя эти клетки в иммунокомпетентном организме, например, в организме человека, нет. Вместе с тем, следует отметить, что клинические испытания с применением дифференцированных дериватов (производных клеток) ЭСК уже начаты.

Одним из главных недостатков ЭСК является невозможность использования аутогенного, то есть собственного материала, при трансплантации, поскольку выделение ЭСК из эмбриона несовместимо с его дальнейшим развитием.

Региональные или взрослые СК - являются наиболее зрелым типом СК, которые обнаруживаются в виде редких включений во многих тканях и органах сформировавшегося плода и взрослого организма. Происхождение региональных СК (РСК), а также свойства этих клеток остаются пока недостаточно исследованными и поэтому представления о них не всегда точны.

Как и ЭСК, РСК относят к числу недифференцированных клеток, которые однако репопулируют циклично в течение длительного периода времени, продолжительность которого определяется сроками сохранности процессов самообновления клеток в органах и тканях.

Принято считать, что при дифференцировке РСК проявляют лишь унипотентные свойства, за счет которых восполняется пул специализированных клеток и поддерживается стабильность процесса самообновления ткани (физиологическая регенерация). В то же время некоторые авторы полагают, что при повреждении ткани РСК могут приобретать свойства мультипотентных СК и дифференцироваться в другие типы клеток, имеющие общность эмбрионального лепестка происхождения.

Возрастное снижение пула СК в органах может быть обусловлено тем, что более продвинутые в дифференцировке клетки конкурируют со стволовыми клетками за лимитирующие факторы питания.

Возрастное снижение пула РСК в органах, их сниженная теломеразная активность, унипотентность и проявление мультипотентных свойств лишь в специально созданных условиях микроокружения, а также трудности выявления четких различий между РСК и клетками-предшественниками, которые, как известно, являются частично дифференцированными клетками, заставляет предполагать, что РСК в органах не являются истинными СК, а являются коммитированными клетками-предшественниками.

.2 Получение стволовых клеток

Человеческий организм содержит примерно 50 миллиардов стволовых клеток, которые регулярно обновляются. С годами количество таких живых «кирпичиков» сокращается - для них находится всё больше работы, а заменить их некому. Как видно из графика, у новорожденного ребенка СК в большом количестве 1х10 000, а угасать они начинают уже в подростковом возрасте 1х100 000, на графике мы видим очень резкий перепад, а в 80 лет их остается совсем чуть-чуть 1х2000 000. Более того, стволовые клетки немолодого индивидуума уже не так универсальны - в клетки крови они превратиться еще могут, а в нервные - уже не в силах. [9]

Заменить ветхие клетки организма, чтобы продолжить активную жизнь, помогает искусственное внесение стволовых клеток в организм. Уже сегодня ученые могут получать стволовые клетки, культивировать и направлять их по «нужному пути». Достижения в области клеточной медицины делают возможности терапевтического использования стволовых клеток практически безграничными. Появилась реальная надежда на излечение огромного количества самых разнообразных заболеваний.

Какие же источники стволовых клеток используются в этих целях сегодня? «Спасение утопающих - дело рук самих утопающих», поэтому человек может стать донором стволовых клеток для себя самого. Наибольшее их количество находиться в костном мозге таза. Стромальные стволовые клетки извлекаются оттуда при помощи пункции. Затем, в лабораторных условиях особым образом их мобилизируют, наращивают и вводят обратно в организм, где при участии специальных сигнальных веществ, они направляются к «больному месту». Следует отметить, что даже из одной единственной стромальной клетки можно вырастить колонии. И уж совсем невероятная метаморфоза - стромальные стволовые клетки могут настолько «забыть» о своем костном мозговом происхождении, что под влиянием определенных факторов превращаются в нервные клетки или клетки сердечной мышцы.

Рисунок 1

Как показано на графике, с каждым днем стромальные клетки все больше меняют свою специализацию и уже через 2 недели после добавления специального сигнального вещества в культуру стромальных клеток, они уже на 80% состоят из нейронов. 90% стромальных клеток, введенных в зону инфаркта, полностью перерождаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая функции миокарда практически полностью. Однако стромальные клетки взрослого организма обладают ограниченной функциональностью, то есть их возможная тканевая специализация в той или иной степени лимитирована. Помимо этого все стволовые клетки взрослого человека каталогизированы и снабжены специальным штампиком: «моё». Так что донорство в этой области чревато возникновением противостояния, называемого «трансплантат - против хозяина». [7]

Вторым источником стволовых клеток является пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь из пуповины ребенка и поместив в криобанк, стволовые клетки в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любой ткани и органа этого индивидуума. Возможно также использовать эти стволовые клетки для лечения других пациентов при условии их совместимости по антигенам. Американские ученые получили стволовые клетки из человеческой плаценты (там, их количество в 10 раз больше, чем в пуповинной крови), которые способны преобразовываться в кожные, кровяные, мышечные и нервные клетки. Однако, создание хранилища для пуповинной крови и плацентарного материала - занятие дорогостоящее. В мире всего насчитывается более двухсот криобанков. Большинство таких, конечно же, находится в США и Канаде. На втором месте - Европа. Есть подобные хранилища в Австралии, Израиле, Японии, Сингапуре, Тайвани, ЮАР, Бразилии, а также в странах СНГ. В России сейчас насчитывается 11 учреждений. В Украине - четыре. [14]

Рисунок 2

Источником другого вида стволовых клеток - фетальных стволовых клеток, является абортивный материал 9-12 недели беременности. Этот источник на сегодняшний день используется наиболее часто. Но как видно на графике, в России число абортов с каждым годом уменьшается, из этого можно сделать вывод, что скоро этот источник скорее всего изживет себя. Помимо этических и юридических трений, фетальные клетки иногда могут вызвать отторжение трансплантата. Кроме того, использование непроверенного абортивного материала чревато заражением пациента вирусным гепатитом, СПИДом и т.д. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что, в конечном итоге, приводит к росту стоимости самого лечения. [15]