Биотехнология СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ: РЕАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Соматические, половые, стволовые клетки, взрослые и эмбриональные стволовые клетки Половые, гаплоидные Клетки организма Стволовые клетки Эмбриональные: Первичные- оплодотворенная яйцеклетка(тотипотентная) После имплантации зиготымультипотентные недифференцированные Соматические диплоидные Высокодифференцированные клетки : мышц, крови, всего около 200. ВЗРОСЛЫЕ (ПЛЮРИПОТЕНТНЫЕ)
Стволовые клетки • ЭСК образуются из оплодотворенных яйцеклеток. Как и ВСК они диплоидны. • Оплодотворенная яйцеклетка- первичная стволовая клетка- она может дать начало целому организму и поэтому называется тотипотентной. • После имплантации зиготы в матку ее клетки уже в значительной мере дифференцированы, из них (из одной)уже невозможно (по крайней мере современными методами) получить целый организм, но они способны превращаться в любой тип клеток организма, т. е. они мультипотентны • Полученные после следующих делений клетки превращаются большей частью в соматические. Но часть остается со свойствами стволовых( плюрипотентные ), например гематопоэтические клетки костного мозга. Такие клетки выделены из ткани сетчатки глаза, печени, поджелудочной железы (ВСК). По всей видимости их существование обеспечивает способность органов к частичному самовосстановлению
Взрослые стволовые клетки • • Впервые такие клетки были обнаружены в костном мозге. Они могут стать моноцитами, лимфоцитами, нейтрофилами, базофилами и эритроцитами, т. е. они образуют клетки крови. По этой причине они называются гематопоэтическими стволовыми клетками. В настоящее время известно, что, по всей видимости, все ткани организма содержат «запасные» клетки, которые мобилизуются при их повреждениях. ВСК получают из тканей взрослого организма, пуповины и даже из плодных тканей, т. е. их источником не обязательно является буквально взрослый организм. Используются в терапевтических целях путем пересадки костного мозга при лечении заболеваний крови (рак, гемофилия). Используются при пересадки кожи при ожогах (участок кожи пострадавшего удаляется и сохраняется в культуре, трансплантант разрастается, после чего накладывается на пораженное место. Такой трансплантант называется аутологическим, он не отторгается) Были попытки использования для лечения заболеваний сердца, болезни Паркинсона, восстановления кровеносных сосудов, тканей молочной железы, хряща, успех переменный.
Проблемы широкого применения ВСК • Проблемы: • выделения( их немного в тканях); поддержания с длительным размножением. • «Чужие» клетки отторгаются. • «Свои» клетки накапливают весь негативный груз организма, а они требуются как правило «пожилым» клиентам. • Низкая жизнеспособность ВСК у доноров с увеличением их возраста.
Эмбриональные стволовые клетки • Главное преимущество перед ВСК: их можно выращивать в культуре! • Выделение: • Из эмбриона на стадии бластулы (около 150 клеток, образующих полую сферу- клетки бластоциты или бластомеры). Из них около 30 клеток могут быть использованы для создания эмбриональной клеточной линии. • Срок жизни ЭСК – 7 дней. После седьмого дня беременности они не могут давать начало всем типам тканей! • Теоретически каждая ЭСК может дать начало целому организму, на практике это не доказано. Косвенное свидетельство этому рождение однояйцевых близнецов!
Создание линий ЭСК • ЭСК получают из яйцеклеток, которые были оплодотворены искусственно ( in vitro). Можно эксплантировать зиготы в матку женщины. Первый такой ребенок родился в Англии в 1978 г. В настоящее время это почти рутинный метод борьбы с бесплодием. • Нередко используется в иных целях- при селекции по половому признаку. • Метод используется также при разведении скота. • При искусственном оплодотворении используется до 8 яйцеклеток, эксплантируется обычно две. • Остальные эмбрионы на стадии 6 -8 клеток замораживаются в жидком азоте и хранятся длительно. Банк эмбрионов США насчитывает уже сотни тысяч. Только что президент США подписал разрешение использование их в экспериментальных целях не только частными фирмами. После размораживания часть эмбрионов гибнет. Причина пока неясна, но часть после имплантации может развиться в здоровый плод ! • Для создания линии СЭК размороженные эмбрионы заставляют делиться до стадии бластулы. Эмбрион при этом погибает, но выбранные клетки иммортальны, т. е. «бессмертны» , претерпевая 300 -400 делений!
Создание ЭСК продолжение • Проблемы: клеточные линии весьма часто «выходят из игры» и их надо заменять новыми клетками; • Линии эмбриональных клеток человека слабые и, кроме того, стремятся к дифференцировке. • Технология предотвращения дифференцировки- культивирование на субстрате, содержащем эмбриональные фибробласты мыши и в присутствие коровьей сыворотки(т. н. фидерные клетки), эти «добавки» создают серьезную имунную проблему и ограничивают применение. • Если ЭСК удалить с фидерных клеток, они начинают образовывать эмбриональные тельца и дифференцируются случайным образом в клетки костной, мышечной тканей, сердечной мускулатуры и др. в виде шара. После ввода в организм мышей дают опухолитератомы. Таким образом, в культуре ЭСК нарушается регуляция клеточной дифференцировки
Использование ЭСК в терапевтических целях- проблемы • Использование ЭСК приведет к революции в лечении целого ряда заболеваний человека. Так, можно представить себе, что возможно посредством ЭСК восстановить поврежденные ткани сердечной мышцы. Но сейчас это фантазия. • Существуют серьезные проблемы по терапевтическому использованию ЭСК. Не известен механизм, запускающий дифференцировку ЭСК в нужном направлении, поэтому введение ЭСК в поврежденный орган может привести к развитию совсем другой ткани. • Велика опасность того, что ЭСК могут служить источником рака. • ЭСК существенно отличаются в антигенном плане от клеток хозяина и его имунная система обнаружит их и уничтожит. Работы в этом направлении находятся в начальной стадии разработки. • Преодолением ряда этих проблем являются технологии, основанные на клонировании- переносе ядер соматических клеток
Клонирование-перенос ядер соматических клеток • Перенос ядер соматических клеток-технология создания клетки, которая ведет себя как ЭСК, но содержит генетический материал взрослой клетки. • Необходима оплодотворенная яйцеклетка и соматическая клетка другого организма. • Ядро яйцеклетки удаляется и заменяется ядром соматической клетки (любой, напр. эпителиальной ткани). • Яйцеклетка развивается в зиготу, а линия ЭСК образуется из бластоцита, как и в случае развития любой линии ЭСК. • Клон получают имплантацией новой яйцеклетки в матку и она разовьется в целостный организм, идентичный организму, от которого взята соматическая клетка. • В 1996 году родилась овечка Долли-первый успешный клон
Клонирование –пренос ядер соматических клеток( продолжение) В настоящее время клонированы тысячи особей крупного рогатого скота, мышей, собак, кошек, кроликов и крыс. • Неоднократно появлялись известия о клонировании человека, однако достоверных сведений нет. • В 2005 году появилось сообщение о создании в Гарварде стабильной клеточной линии ЭСК, полученных таким способом. Клетки могли дифференцироваться в три основных типа тканей человека, из которых образуются все остальные. • Это дает надежду на возможность получения линий ЭСК, которые могут быть использованы для лечения заболеваний. • Потенциал этих технологий огромен: А) Возможно восстановление больного органа после введения в него таких ЭСК. Б) Возможность выращивание органа вне организма и затем пересадка его больному. В) Если брать соматические клетки пациента снимаются иммунологические проблемы. • Помимо чисто биологических( технологических )проблем клонирования животных, получения клонов ЭСК существуют проблемы этические , религиозные •
Клонирование овечки Долли 1. Ядро яйцеклетки удаляют с помощью микропипетки 2. Использованы соматические клетки эпителия молочной железы. После культивирования их переводят в стадию покоя (Go). 3. Осуществляют слияние соматических клеток в фазе Go с безъядерными яйцеклетками. 4. Выращивают восстановленные яйцеклетки в культуре или в яйцеводе с наложенной лигатурой до формирования бластулы. 5. Имплантация эмбриона в матку «суррогатной» матери. 6. В эксперименте было проведено слияние 277 яйцеклеток с удаленными ядрами. Из 29 эмбрионов только один развился до жизнеспособного плода.
Скачать презентацию Биотехнология СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ РЕАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ Соматические
Стволовые клетки.ppt