Embryonala stamceller

Embryonala stamceller (ESC)  är en typ av pluripotenta däggdjursceller som upprätthålls i kultur och som härrör från blastocystens inre cellmassa i ett tidigt skede av embryonal utveckling [1] . Det mänskliga embryot når blastocyststadiet 5-6 dagar efter befruktningen, den inre cellmassan hos den mänskliga blastocysten består av 50-150 celler.

Embryonala stamceller är pluripotenta. Detta betyder att de kan differentiera sig till alla tre primära groddskikten: ektoderm , endoderm och mesoderm . Pluripotenta celler är kapabla att differentiera till alla celltyper av den vuxna organismen, av vilka det finns cirka 220. Egenskapen pluripotens skiljer embryonala stamceller från multipotenta celler, som kan ge upphov till endast ett begränsat antal celltyper. I avsaknad av incitament att differentiera in vitro kan embryonala stamceller bibehålla pluripotens genom många celldelningar. Denna egenskap kallas förmågan till självförnyelse ( engelska  self-renewal ). Förekomsten av pluripotenta celler i en vuxen organism förblir ett föremål för vetenskaplig diskussion, även om studier har visat att det är möjligt att erhålla pluripotenta celler från vuxna mänskliga fibroblaster i laboratoriet i processen med så kallad cellomprogrammering [2] .

På grund av plasticiteten och den potentiellt obegränsade potentialen för självförnyelse har embryonala stamceller möjlighet att användas inom regenerativ medicin och ersättning av skadade vävnader . Det finns dock för närvarande ingen medicinsk användning av embryonala stamceller. Vuxna stamceller och benmärgsstamceller används för att behandla olika sjukdomar. Vissa sjukdomar i blodet och immunsystemet (inklusive genetiska) kan botas med icke-embryonala stamceller. Stamcellsterapier utvecklas för patologier som cancer, ungdomsdiabetes , Parkinsons syndrom , blindhet och ryggmärgssjukdomar

Det finns både etiska och tekniska utmaningar förknippade med hematopoetisk stamcellstransplantation. Dessa problem är bland annat förknippade med histokompatibilitet. Sådana problem kan lösas genom att använda egna stamceller eller genom terapeutisk kloning.

För att differentiera embryonala stamceller räcker det att agera på dem med tillväxtfaktorer . Till exempel har embryonala stamceller från mus som differentierats in vitro till neurala celler använts för att reparera en skadad råttryggmärg. Natriumbutyrat användes för att erhålla hepatocyter , och för att erhålla hematopoetiska stamceller transfekterades embryonala stamceller med Cdx, HoxB4-gener.

Forsknings- och utvecklingshistoria

Isolering och kultur in vitro

Stamceller har isolerats från analys av teratokarcinom . 1964 visade forskare att teratokarcinomceller förblir odifferentierade i cellodling. Dessa stamceller kallas embryonala karcinomceller. [3] Forskare har visat att primära embryonala könsceller kan föröka sig i kultur och kan bilda olika celltyper.

Embryonala stamceller isolerades från musembryon 1981 av Martin Evans och Matthew Kaufman, och oberoende av Gail Martin [4] [5] . Ett genombrott inom forskning om mänskliga embryonala stamceller kom i november 1998 med James Thomsons grupp vid University of Wisconsin. Forskare har isolerat sådana celler från den mänskliga blastocysten [6] .

Kontaminering från ämnen som används för att upprätthålla cellkulturer

Onlineversionen av tidskriften Nature Medicine publicerade en artikel i januari 2005, enligt vilken mänskliga stamceller, som är tillgängliga för forskning finansierad av federala anslag, är förorenade med molekyler av animaliskt cellodlingsmedium [7] . För att upprätthålla pluripotensen hos aktivt delande celler används ofta celler av animaliskt ursprung (vanligtvis musceller). Det visade sig att detta ger upphov till en rad problem; i synnerhet visade det sig att sialinsyra av animaliskt ursprung begränsar möjligheterna att använda embryonala stamceller för terapeutiska ändamål [8] .

En artikel publicerad i Lancet Medical Journal den 7 mars 2005 [9] beskriver i detalj tekniken för att odla en ny stamcellinje i ett medium helt fritt från celler och serum av animaliskt ursprung. Efter mer än sex månaders odling i ett odifferentierat tillstånd kunde dessa celler differentiera sig till celler av alla tre groddskikten både i teratom och i kultur.

Terapeutiska användningar

Den 23 januari 2009 började den första fasen av kliniska prövningar för transplantation av en population av mänskliga embryonala stamceller hos patienter med ryggmärgsskador [10] . Denna studie baserades på de resultat som erhållits av gruppen av Hans Keirsted et al. vid University of Irvine, Kalifornien, USA finansierat av Geron Corporation (Menlo Park, Kalifornien, USA). Resultaten av detta experiment visade en förbättring av rörelseledning hos råttor med ryggmärgsskador. På den sjunde dagen efter transplantationen differentierade mänskliga embryonala stamceller till oligodendrocyter. [11] . Samma år lanserades en klinisk prövning på användningen av differentierade humana ESC-derivat för behandling av ärftlig makuladegeneration av näthinnan, som framgångsrikt avslutades 2015 [12] . Nu pågår multicenter fortsättning av forskning i USA, England, Australien och asiatiska länder. 2015 påbörjade det amerikanska företaget Viacyte kliniska prövningar för behandling av diabetes med bukspottkörtelceller som härrör från mänskliga embryonala stamceller [13] .

I Ryska federationen kommer den terapeutiska användningen och studien av mänskliga embryonala stamceller att regleras av lagen "Om cirkulation av biomedicinska cellprodukter" [14] , som ska behandlas av Ryska federationens statsduma i mitten av 2016.

Inducerade pluripotenta stamceller

Inducerade pluripotenta stamceller (inducerade pluripotenta stamceller, iPSC eller iPS) har erhållits från celler i olika vävnader (främst fibroblaster ) genom att använda deras omprogrammering genom genteknik.

I tidigt arbete försökte man få iPS genom att smälta "vuxna" celler med ESCs [15] . 2006 erhölls iPS från mus- och humanspermatogoni [16]

2006 utvecklades metoder för omprogrammering av celler genom att i dem införa gener som kodar för transkriptionsfaktorer som är karakteristiska för pluripotenta celler (främst generna för transkriptionsfaktorerna Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc och Nanog) med lentivirus och andra vektorer" [17 ] 18] Omprogrammering av celler för att bli iPS erkändes av Science som ett stort vetenskapligt genombrott 2008 [19]

2009 publicerades ett arbete där man med hjälp av den tetraploida komplementeringsmetoden för första gången visade att iPS kan ge upphov till en komplett organism, inklusive celler från könslinjen [20] . iPS härledd från murina hudfibroblaster genom transformation med användning av en retroviral vektor alfa. resulterade i en procentandel av friska vuxna möss som kunde reproducera sig normalt. Således erhölls klonade djur för första gången utan inblandning av äggens genetiska material (med standardkloningsförfarandet överförs mitokondrie-DNA till avkomman från mottagarens ägg). År 2012, för utvecklingen av kloningsteknologi och genetisk omprogrammering, tilldelades Nobelpriset i fysiologi eller medicin till John Gurdon (England) och Shinya Yamanaka (Japan). Och 2014 Prof. M Takahashi och S. Yamanaka var de första som transplanterade det retinala pigmentepitelet som erhölls från iPS-celler till en patient med åldersrelaterad retinal degeneration [21] .

I Japan finns det ett regeringsprogram som föreskriver att 100 % av befolkningen i framtiden kommer att ha banker av IPS-celler [22] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Kiselev S.L., Lagarkova M.A. Mänskliga embryonala stamceller  // Nature . - Science , 2006. - T. 10 . - S. 49-64 .
  2. ↑ Institutionen för stamcellsbiologi, Institutet för Frontier Medical Sciences, Kyoto University, Kyoto. Induktion av pluripotenta stamceller från musembryonala och vuxna fibroblastkulturer genom definierade faktorer  // Cell  :  journal. - Cell Press , 2006. - 25 augusti. Arkiverad från originalet den 19 oktober 2006.
  3. ↑ Andrews P., Matin M., Bahrami A., Damjanov I., Gokhale P., Draper J. Embryonala stamceller (ES) och embryonala karcinomceller (EC)  : motsatta sidor av samma mynt  // Biochem Soc Trans : journal. - 2005. - Vol. 33 , nr. Pt 6 . - P. 1526-1530 . - doi : 10.1042/BST20051526 . — PMID 16246161 .
  4. ↑ Evans M., Kaufman M. Etablering i kultur av pluripotentiella celler från musembryon  //  Natur: journal. - 1981. - Vol. 292 , nr. 5819 . - S. 154-156 . - doi : 10.1038/292154a0 . — PMID 7242681 .
  5. ↑ Martin G. Isolering av en pluripotent cellinje från tidiga musembryon odlade i medium konditionerat av teratocarcinomstamceller  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1981. - Vol. 78 , nr. 12 . - P. 7634-7638 . - doi : 10.1073/pnas.78.12.7634 . — PMID 6950406 .
  6. ↑ Thomson J., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S., Waknitz M., Swiergiel J., Marshall V., Jones J. Embryonala stamcellslinjer härledda från mänskliga blastocyster  //  Science : journal. - 1998. - Vol. 282 , nr. 5391 . - P. 1145-1147 . - doi : 10.1126/science.282.5391.1145 . — PMID 9804556 .
  7. ↑ Ebert, Jessica. Mänskliga stamceller utlöser  immunattack (neopr.)  // Nyheter från "Naturen". - London: Nature Publishing Group , 2005. - 24 januari. - doi : 10.1038/news050124-1 . Arkiverad från originalet den 24 september 2010.
  8. ↑ Tillgång till artiklar : Naturmedicin  (tillgänglig 17 mars 2015)
  9. ↑ Irina Klimanskaya. Mänskliga embryonala stamceller härledda utan matarceller  (engelska)  // The Lancet  : journal. - Elsevier , 2005. - 7 maj ( vol. 365 , nr 9471 ). - P. 1636-1641 . - doi : 10.1016/S0140-6736(05)66473-2 .
  10. ↑ FDA godkänner studie av mänskliga embryonala stamceller - CNN.com (länk ej tillgänglig) . Arkiverad från originalet den 9 april 2016. 
  11. ↑ Keirstead H.S., Nistor G., Bernal G., et al . Mänskliga embryonala stamcells-härledda oligodendrocyt-progenitorcelltransplantationer remyelinerar och återställer rörelse efter ryggmärgsskada  //  J. Neurosci. : journal. - 2005. - Maj ( vol. 25 , nr 19 ). - P. 4694-4705 . - doi : 10.1523/JNEUROSCI.0311-05.2005 . — PMID 15888645 .
  12. ↑ name=" PMID 25937371 "
  13. ↑ VC-01 Diabetesterapi - Viacyte, Inc (länk ej tillgänglig) . Datum för åtkomst: 21 januari 2016. Arkiverad från originalet 22 januari 2016. 
  14. ↑ Utkast till federal lag av den 18 januari 2013
  15. ↑ http://elementy.ru/news/164751 Människohud kan bli en källa till embryonala stamceller
  16. ↑ Elements - vetenskapsnyheter: "Etiska" embryonala stamceller erhållna
  17. ↑ http://elementy.ru/news/430912 Senare visades det att omprogrammering kan ske med övergående uttryck av dessa gener, utan att de integreras i genomet
  18. ↑ Matthias Stadtfeld, Masaki Nagaya, Jochen Utikal, Gordon Weir, Konrad Hochedlinger. Inducerade pluripotenta stamceller genererade utan viral integration // Vetenskap. V. 322. P. 945-949 (7 november 2008). DOI: 10.1126/science.1162494.
  19. ↑ År av omprogrammerade celler. P. Petrov
  20. ↑ Xiao-yang Zhao1, Wei Li1, Zhuo Lv1,, Lei Liu1, Man Tong1, Tang Hai1, Jie Hao1, Chang-long Guo1, Qing-wen Ma, Liu Wang, Fanyi Zeng, Qi Zhou. iPS-celler producerar livsdugliga möss genom tetraploid komplementering. Nature 461, (3 september 2009), 86-90
  21. ↑ Transplantation av iPSC-härlett RPE-ark till första AMD-patientcentrum för utvecklingsbiologi | RIKEN CDB
  22. ↑ Hur tredimensionella organ tillverkas och vem behöver dem

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger