Введение

Культура стволовых клеток, способных к неограниченному размножению.

Линия стволовых клеток – это группа стволовых клеток, культивируемых in vitro и способных к неограниченному пролиферативному росту. Линии стволовых клеток получают из тканей животных или человека и происходят из одного из трех источников: эмбриональные стволовые клетки, взрослые стволовые клетки или индуцированные стволовые клетки. Они широко используются в научных исследованиях и регенеративной медицине.

Свойства

По определению, стволовые клетки обладают двумя свойствами: (1) они способны к самообновлению, то есть могут делиться неограниченно, сохраняя недифференцированное состояние; и (2) они плюрипотентны или мультипотентны, что означает, что они могут дифференцироваться в специализированные типы клеток. Благодаря способности стволовых клеток к самообновлению, линию стволовых клеток можно культивировать in vitro неограниченно долго. Линия стволовых клеток принципиально отличается от линии бессмертных клеток, например, линии HeLa. В то время как стволовые клетки могут размножаться в культуре неограниченно благодаря своим внутренним свойствам, бессмертные клетки обычно не делятся бесконечно, но приобрели эту способность в результате мутаций. Бессмертные клеточные линии могут быть получены из клеток, выделенных из опухолей, или мутации могут быть введены для придания клеткам бессмертия. Линия стволовых клеток также отличается от первичных клеток. Первичные клетки – это клетки, которые были изолированы и затем использованы сразу же. Первичные клетки не способны делиться неограниченно и, следовательно, не могут культивироваться в течение длительного времени in vitro.

Линия эмбриональных стволовых клеток

Линия эмбриональных стволовых клеток создается из клеток, полученных из внутренней клеточной массы бластоцисты – ранней стадии эмбриона до имплантации. У человека стадия бластоцисты наступает через 4–5 дней после оплодотворения. Для создания линии эмбриональных стволовых клеток внутреннюю клеточную массу извлекают из бластоцисты, отделяют от трофектодермы и культивируют на слое поддерживающих клеток in vitro. При получении линий эмбриональных стволовых клеток человека используются эмбрионы, оставшиеся после процедур экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Тот факт, что бластоциста разрушается в ходе этого процесса, вызвал дискуссии и поднял этические вопросы. Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными, то есть способны дифференцироваться во все типы клеток организма. In vitro эмбриональные стволовые клетки можно культивировать в определенных условиях для поддержания их плюрипотентного состояния, либо стимулировать биохимическими и физическими сигналами для дифференцировки в различные типы клеток.

Линия взрослых стволовых клеток

Взрослые стволовые клетки встречаются в молодых или взрослых тканях. Взрослые стволовые клетки мультипотентны: они способны генерировать ограниченное число дифференцированных типов клеток (в отличие от плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток). К типам взрослых стволовых клеток относятся гематопоэтические стволовые клетки и мезенхимальные стволовые клетки. Гематопоэтические стволовые клетки находятся в костном мозге и дают начало всем клеткам иммунной системы и всем типам клеток крови. Мезенхимальные стволовые клетки содержатся в пуповинной крови, амниотической жидкости и жировой ткани и могут генерировать ряд типов клеток, включая остеобласты, хондроциты и адипоциты. В медицине взрослые стволовые клетки наиболее часто используются при трансплантации костного мозга для лечения многих злокачественных заболеваний костей и крови, а также некоторых аутоиммунных заболеваний. (См. Трансплантация гематопоэтических стволовых клеток).

Из выделенных и идентифицированных типов взрослых стволовых клеток только мезенхимальные стволовые клетки успешно культивируются в течение длительного времени. Другие типы взрослых стволовых клеток, такие как гематопоэтические стволовые клетки, трудно выращивать и размножать in vitro. Поиск методов поддержания гематопоэтических стволовых клеток in vitro – активное направление исследований. Таким образом, хотя линии мезенхимальных стволовых клеток существуют, другие типы взрослых стволовых клеток, выращенные in vitro, лучше классифицировать как первичные клетки.

Линия индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC)

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) – это плюрипотентные стволовые клетки, полученные из взрослых/соматических клеток. Метод получения iPSC был разработан лабораторией Синьи Яманаки в 2006 году; его группа показала, что введение четырех определенных генов способно индуцировать соматические клетки к возвращению в плюрипотентное состояние стволовых клеток. По сравнению с линиями эмбриональных стволовых клеток, линии iPSC также обладают плюрипотентностью, но могут быть получены без использования человеческих эмбрионов – процесс, вызывающий этические опасения. Более того, возможно создание iPSC-линий, специфичных для конкретного пациента, то есть линий клеток, генетически соответствующих данному индивидууму. Специфичные для пациентов iPSC-линии создаются для изучения заболеваний и разработки индивидуальных методов лечения.

Методы культивирования

Линии стволовых клеток выращивают и поддерживают при определенных температурных и атмосферных условиях (37 градусов Цельсия и 5% CO2) в инкубаторах. Условия культивирования, такие как среда для роста клеток и поверхность, на которой они выращиваются, могут значительно различаться в зависимости от конкретной линии стволовых клеток. В среду можно добавлять различные биохимические факторы для контроля фенотипа клеток – например, для поддержания стволовых клеток в плюрипотентном состоянии или для их дифференцировки в определенный тип клеток.

Этические вопросы

Существуют разногласия, связанные с получением и использованием линий человеческих эмбриональных стволовых клеток. Эти разногласия обусловлены тем, что получение человеческих эмбриональных стволовых клеток требует разрушения бластоцисты – эмбриона человека на доимплантационной стадии развития. Существует широкий спектр точек зрения относительно моральных аспектов, связанных с отношением к человеческим эмбрионам на стадии бластоцисты.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах исполнительный приказ 13505 установил, что федеральные средства могут использоваться для исследований, в которых применяются одобренные линии человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESC), но не могут быть направлены на создание новых линий. Руководство Национального института здоровья (NIH) по исследованиям стволовых клеток человека, вступившее в силу 7 июля 2009 года, реализовало исполнительный приказ 13505, установив критерии, которым должны соответствовать линии hESC для получения финансирования. Реестр человеческих эмбриональных стволовых клеток NIH доступен онлайн и содержит актуальную информацию о клеточных линиях, имеющих право на финансирование NIH. По состоянию на январь 2022 года было одобрено 486 линий. Исследования показали, что одобренные линии hESC используются неравномерно в США. Данные из банков клеток и опросы исследователей свидетельствуют о том, что лишь небольшое количество доступных линий hESC регулярно используется в исследованиях. Доступность и применимость называются двумя основными факторами, влияющими на выбор линий hESC для работы учеными. Опрос 2011 года ученых, занимающихся исследованиями стволовых клеток в США и использующих линии hESC, показал, что 54% респондентов использовали две или менее линий, а 75% – три или менее линий. Другое исследование отслеживало выполненные запросы на клеточные линии из крупнейших репозиториев США – Национального банка стволовых клеток (NSCB) и Гарвардского института стволовых клеток (HSCI; Кембридж, Массачусетс, США) – за период с марта 1999 года по декабрь 2008 года (для NSCB) и с апреля 2004 года по декабрь 2008 года (для HSCI). Для NSCB из двадцати одной одобренной линии клеток 77% запросов относились к двум линиям (H1 и H9). Для HSCI из 17 линий, по которым поступало более одного запроса, 24,7% запросов касались двух наиболее часто запрашиваемых линий.