Виды стволовых клеток

Каждой стволовой клетке присуще понятие дифференцирующего потенциала или потентности, то есть способности производить определенное количество разных типов клеток. В соответствии с потентностью стволовые клетки делятся на следующие группы:

• 1. Тотипотентные (омнипотентные) стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки эмбриональных и экстраэмбриональных тканей, организованные в виде трехмерных связанных структур (тканей, органов, систем органов, организма). Такие клетки могут дать начало полноценному жизнеспособному организму. К ним относится оплодотворённая яйцеклетка, или зигота. Клетки, образованные при первых нескольких циклах деления зиготы, также являются тотипотентными у большинства биологических видов. Однако к ним не относятся, например, круглые черви, зигота которых утрачивает тотипотентность при первом делении. У некоторых организмов дифференцированные клетки также могут обретать тотипотентность. Так, срезанную часть растения можно использовать для выращивания нового организма именно благодаря этому свойству.
• 2. Плюрипотентные стволовые клетки являются потомками тотипотентных и могут давать начало практически всем тканям и органам, за исключением экстраэмбриональных тканей (например, плаценты). Из этих стволовых клеток развиваются три зародышевых листка: эктодерма, мезодерма и энтодерма.
• 3. Мультипотентные стволовые клетки порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка. Эктодерма даёт начало нервной системе, органам чувств, переднему и заднему отделам кишечной трубки, кожному эпителию. Из мезодермы формируются хрящевой и костный скелет, кровеносные сосуды, почки и мышцы. Из энтодермы — в зависимости от биологического вида — образуются различные органы, ответственные за дыхание и пищеварение. У человека это — слизистая оболочка кишечника, а также печень, поджелудочная железа и лёгкие.
• 4. Олигопотентные клетки могут дифференцироваться лишь в некоторые, близкие по свойствам, типы клеток. К ним, например, относятся клетки лимфоидного и миелоидного рядов, участвующие в процессе кроветворения (по другой классификации данные клетки относятся не к стволовым, а родоначальным (см. ниже)).
• 5. Унипотентные клетки (клетки-предшественницы, бластные клетки) — незрелые клетки, которые, строго говоря, уже не являются стволовыми, так как могут производить лишь один тип клеток. Они способны к многократному самовоспроизведению, что делает их долговременным источником клеток одного конкретного типа и отличает от нестволовых. Однако их способность к самовоспроизведению ограничена определённым количеством делений, что также отличает их от истинно стволовых клеток.

На мой взгляд, отнесение клеток-предшественников и родоначальных клеток к стволовым не совсем правомерно, так как данные клетки не являются наименее дифференцированными для данного направления развития, что противоречит самому определению стволовых клеток. Однако в качестве примера олигопотентных клеток можно привести слизистые шеечные клетки желудка, которые часто делятся и рассматриваются как камбиальные клетки эпителия желез и покровного эпителия или бескаемчатые клетки находящиеся на глубине крипт тонкого кишечника, которые дают начало клеткам Паннета, бокаловидным и каемчатым клеткам. Что же касается унипотентных клеток, то на мой взгляд можно привести в пример базальные клетки многослойных эпителиев, которые дают начало одному типу клеток проходящих несколько этапов дифференцировки (интересен момент, что клетки шиповатого слоя ороговевающего эпителия слабо сохраняют способность делиться, в силу чего их можно отнести к клеткам-предшественникам зернистых, которые в свою очередь уже являются полновесными высокодифференцированными функционалами вырабатывающими гранулы веществ, отвечающих за защитные функции покровной ткани).

В зависимости от источника получения стволовые клетки можно разделить на три основные группы:

• 1. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуют внутреннюю клеточную массу (ВКМ), или эмбриобласт, на ранней стадии развития эмбриона. Они являются плюрипотентными. Важный плюс ЭСК состоит в том, что они не экспрессируют HLA (human leucocyte antigens), то есть 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 (многотканевого) 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. Для получения ЭСК в лабораторных условиях приходится разрушать бластоцисту, чтобы выделить ВКМ, то есть разрушать эмбрион. Поэтому исследователи предпочитают работать не с эмбрионами непосредственно, а с готовыми, ранее выделенными линиями ЭСК.
• 2. Фетальные стволовые клетки получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9—12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, на Украине и в Великобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, британская компания ReNeuron исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта.
• 3. Стволовые клетки зрелого организма — обладают меньшей потентностью в сравнении с эмбриональными и фетальными стволовыми клетками, то есть могут порождать меньшее количество различных типов клеток. В силу того, что органы и ткани взрослого организма сформированы и остается лишь поддерживать определенное количество их клеточных элементов в популяции, стволовые клетки взрослого организма тканеспецифичны. Однако в последние годы в тканях сформировавшегося организма были выявлены клеточные элементы, способные к дифференцировке не только в тканеспецифических направлениях, но и в клетки иного тканевого происхождения. При этом происходит потеря первичных тканевых маркеров и функций и приобретение маркеров и функций вновь образованного клеточного типа. Это явление получило название трансдифференцировки или пластичности. Подобные клеточные элементы классифицируют как мультипотентные стволовые клетки взрослого организма.. Таковыми являются мезенхимальные клетки выделенные из стромы костного мозга. Ещё одно их свойство — способность к миграции в другие ткани in vivo.

Стволовые клетки, начав двигаться по тому или иному пути дифференцировки, превращаются в родоначальные клетки (progenitor cells) или полустволовые, которые так же являются способными дать начало определенному количеству высокоспециализированных потомков, но их вариабельность уже на порядок меньше, чем у стволовых. Родоначальные клетки в свою очередь дают начало клеткам-предшественникам (precursor cells) из которых уже получается единственный вариант зрелой клетки, как конечного этапа развития.

Таким образом, для любой ткани, которой свойственна регенерация путем деления и роста клеток, существует набор стволовых, полустволовых клеток и клеток-предшественников, объединяемых общим термином — камбий. В зависимости от манеры расположения данных совокупностей в присущей им ткани камбий подразделяют на локализованный, диффузный и вынесенный. В первом случае камбий занимает строго определенное место в структуре тканей: базальный слой многослойных эпителиев, крипты кишечника, вставочные протоки слюнных желез. Во втором — располагается диффузно среди других элементов: малодифференцированные хромофобные аденоциты аденогипофиза, эндотелий, мезотелий, гладкая мышечная ткань. В последнем случае камбий находится в околотканевом пространстве: малодифференцированные элементы хрящевой ткани в надхрящнице или костной в надкостнице.

Итак, в любой обновляющейся и растущей ткани имеют место клетки способные, пройдя ряд преобразований, стать зрелой структурно-функциональной единицей этой ткани. Однако путей развития много, кроме того данное развитие должно идти с определенной скоростью прироста количества в единицу времени. Соответственно должны существовать факторы способные направляющие вектор развития стволовых клеток и интенсивность (так сказать скалярную величину) данного вектора.