Эмбриональные стволовые клетки
Эмбриональные стволовые клетки и тканевые стволовые клетки – это разные вещи, и это надо хорошо понимать. Тканевые стволовые клетки находятся в очень большом количестве тканей нашего организма. Они отвечают за то, что у нас обновляется кожа, гематопоэтические стволовые клетки находятся в костном мозге, делают кровь. Недавно обнаружили нейрональные стволовые клетки.
Все эти клетки имеют некое общее свойство с эмбриональными стволовыми клетками – все они находятся на некоторой стадии недоразвития. Они недодифференцированы.
Эмбриональные клетки находятся в самом низу этой пирамиды, а тканевые стволовые клетки находятся уже повыше, поэтому их называют «мультипотентными», то есть они имеют потенциал к тому, чтобы превращаться в разные клетки организма обычно в пределах одной ткани. Поэтому их нельзя путать друг с другом. Остальные свойства этих клеток тоже довольно сильно отличаются.
Эмбриональные стволовые клетки получают из 5-дневного эмбриона человека. Другими словами это эмбрион, в котором, на самом деле, находится порядка нескольких сотен клеток. Это бластоциста – такой шарик, заполненный эмбриональными стволовыми клетками. Их можно выделять в культуру, они хорошо растут, они делятся практически бесконечно. В первый раз для человека их выделили более чем 14 лет назад и линии, которые тогда выделили, до сих пор культивируют лаборатории и они не меняют своих свойств. Получается, что мы умеем искусственно поддерживать эти эмбриональные клетки в «подвешенном» состоянии, в состоянии, в котором они находятся в эмбрионе.
У них, в отличие от тканевых стволовых клеток, помимо бессмертности и самовозобновления есть прекрасное свойство – это те клетки, из которых строится весь организм. То есть они могут дифференцироваться в любую взрослую клетку организма. Это свойство называется плюрипотентностью. Это очень важное свойство. Есть тесты на плюрипотентность. Например, мы можем сделать из мышиных клеток собственно мышь, введя их в бластоцисту мыши. То есть можно сделать мышь, полностью созданную из клеток, которые культивируют в лаборатории. Понятно, что мы не можем сделать человека, поэтому единственный тест, аналогичный мышиному, когда мы вводим эти эмбриональные стволовые клетки человека подкожно иммунодефицитной мыши, то есть той, у которой нет иммунного ответа. Часто на месте ввода этих клеток получается тератома – доброкачественная опухоль, она состоит обычно из тканей, принадлежащих к трем зародышевым листкам. Это говорит о том, что in vivo, то есть вживую, а не только in vitro, эмбриональные стволовые клетки человека могут дифференцироваться во все разнообразие тканей. Возможно, именно с этим связаны все страхи по поводу того, что они похожи на раковые клетки, поскольку они могут бесконечно делиться и образовывать тератомы в иммунодефицитных мышах. Но, на самом деле, раковые клетки бывают очень разные. И раковые клетки – это некие сломанные клетки, у которых сломан механизм самоподдержания и превращения во что бы то ни было. У эмбриональных же стволовых клеток, которые растут в культуре, ничего не сломано. Мы их поддерживаем в том состоянии, в котором они находятся в природе, то есть мы их можем контролировать.
Контролем судьбы клеток занимаются тысячи ученых, потому что эта область открывает прекрасные перспективы, когда мы можем взять эмбриональные стволовые клетки и искусственным путем сделать из них сердце, легкое, печень, все что угодно. Во-первых, это очень интересно, поскольку для биологов ЭСК это такое Lego, они могут проходить пути дифференцировки, и с их помощью можно проследить пути развития и пути превращения одной ткани в другую,. Во-вторых, если нам нужно протестировать, как лекарства влияют на эмбриональные клетки или на разные пути развития, мы можем делать это изначально в пробирке, что тоже очень удобно. Плюс мы можем вносить в эти эмбриональные клетки какие-то мутации, например нокауты, то есть выключать какие-то гены, которые важны, например, в эмбриональном развитии, и смотреть что будет. Если мы говорим про эмбриональные стволовые клетки мыши, мы даже можем наблюдать фенотип, то есть то, как проявляется включение тех или иных генов на разных стадиях развития.
Эмбриональные стволовые клетки берут из эмбрионов, которые остались после процедуры ЭКО. Обычно их делают небольшое количество, часть из которого подсаживают, часть нет. Ту часть, которые не подсаживают, с позволения пациентов, родителей, отдают на нужды лаборатории. И в этом нет никакого, на мой взгляд, живодерства, потому что это пятидневные зародыши, это бластоцисты, несколько сотен клеток, в которых нет разделения ни на нервную систему, ни какую бы то ни было. И как мы знаем уже из практики, это неспециализированные клетки, из которых может получиться все, что угодно. Однако может не получиться, поскольку никто не знает, разовьется этот конкретный эмбрион или нет.
Сейчас эмбриональные стволовые клетки в практике, в биомедицине кроме каких-то фундаментальных вещей используются как универсальный поставщик разнообразных тканей. И, учитывая, что мы можем делать более дифференцированные производные и научились их делать в довольно большом количестве, то можно пытаться делать какую-то заместительную тканевую терапию. То есть выращивать некую ткань, которая будет приживаться на месте поврежденной. Сейчас есть несколько клинических испытаний (проводятся на производных эмбриональных стволовых клеток), и одни из самых многообещающих тестов – это тесты на олигодендроцитах, которые получены из эмбриональных стволовых клеток. Эти олигодендроциты, это эмбриональные стволовые клетки, которые запущены в сторону нейронального развития, но это не конечная ветвь. Они еще могут развиваться дальше. Идея теста заключается в том, что когда происходит некая травма нервной системы, когда нейроны восстанавливаются, они не могут восстанавливать миелиновую оболочку вокруг них, а без нее сигналы не проходят. И олигодендроциты – это те клетки, которые создают миелиновые оболочки. Сейчас клинические тесты проводятся всего на 10-20 пациентах, потому, что главный вопрос в этих тестах сейчас состоит в том безопасны или нет эти клетки. Сегодня все еще есть страхи насчет того, что они, попадая в живой организм, будут вести себя непредсказуемо. Сейчас уже сделаны успешные тесты на крысах и на обезьянах. И пациенты, на которых делаются эти тесты, это пациенты довольно строгой группы, у которых были травмы позвоночника, в течение недели до того как эти клетки им подсаживают. Предполагается, что на таких ранних стадиях травматического восстановления как раз эти олигодендроциты помогают пациенту восстановиться и восстановить связи в его спинном мозге. На крысах и на обезьянах это получается.
Еще одна ветвь, по которой идут клинические испытания, это получение клеток пигментного эпителия из эмбриональных стволовых клеток. Пигментный эпителий – это сетчатка глаза и с ней связано очень много болезней как генетических, так и просто старческих. Например, дистрофия сетчатки – истончение сетчатки, когда люди постепенно перестают видеть. Сегодня мы довольно эффективно умеем делать из эмбриональных стволовых клеток клетки пигментного эпителия. Ученые пытаются подсаживать эти клетки пигментного эпителия больным дистрофией сетчатки. Глаз – очень удобная модель для контроля приживаемости трансплантата.
Предварительные тесты показывают, что все идет хорошо, и пациенты буквально прозревают. Но это предварительные исследования. И пока такая практика не ушла не то, что в клинику, но и ни в какие более серьезные группы пациентов. Поэтому пока еще рано говорить о всеобщем клиническом применении этих клеток. Но, тем не менее, уже понятно, что это можно делать. Так и до эры клинического применения стволовых клеток еще очень далеко. Все опыты с производными эмбриональных стволовых клеток затрудняются тем, что все-таки это клетка другого человека. Иммунологически они бывают, так же как и органы трансплантации, несовместимы с пациентом. В этом заключается самая большая проблема трансплантации с использованием производных эмбриональных стволовых клеток.
Автор – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории генетических основ клеточных технологий Института общей генетики РАН.
Фетальные ткани это человеческие эмбрионы
Для наглядности это развитие разделено на две основные фазы. Первой из них является бластогенез — период развития, в котором происходит различение (дифференциация) зародыша на первичные закладки будущих систем органов, на так называемые зародышевые листки, или пласты, и на первичные, примитивные органы эмбриона.
Зародыш проходит несколько, по времени точно неограниченных периодов, первый из которых начинается сразу же после оплодотворения яйцевой клетки и, в сущности, представляет собой последовательность повторяющихся делений основной зиготы. В процессе этого деления на поверхности оплодотворенного делящегося яйца возникают характерные борозды; в связи с этим данный период называется дроблением, или сегментацией.
В результате дробления образуется стадия развития, называемая морулой. Последующие стадии бластогенеза носят специальные названия — бластуляция, гаструляция, нотогенез (образование спинной стороны зародыша) и т. д.; в результате их возникает определенная стадия развития (бластула, гаструла). Период бластогенеза называется также и первичным, примитивным периодом развития зародыша.
После закладки основных, первичных органов эмбрионального тела (приблизительно в начале второго месяца) начинается формирование конфигурации и функций отдельных органов, систем органов и тканей, которое длится вплоть до того времени, когда плод уже приобретает все органы, необходимые для начала самостоятельной жизни. Развитие органов в данной фазе называется органогенезом.
При нем внимание обращается как на развитие форм (морфогенез), так и на развитие функций, на развитие тканевых компонентов, которые образуют строительные элементы организма (гистогенез).
После завершения органогенеза происходит рождение плода, который после этого становится новорожденным. Далее совершается период внеутробного развития, сравнительно интенсивный, хотя и не столь, как внутриутробный, особенно эмбриональный период; во время пуберты (периода полового созревания) организм начинает созревать. Взрослый, зрелый человеческий организм в течение определенного времени находится на вершине своего развития, после чего начинается период старения, при котором происходят регрессивные изменения, ведущие, наконец, к физиологической смерти.
Развитие отдельной особи может пониматься и описываться по-разному и с различных аспектов. Однако при этом не следует забывать, что развивающаяся новая особь требует подхода как к единому целому и при описании деталей развития следует учитывать их связи с общим развитием, а также и связи с условиями, в которых происходит онтогенетическое и филогенетическое развитие.
В связи с обширностью и комплексностью проблем и в связи с большим объемом материала эмбриологическое исследование было разделено на несколько более или менее самостоятельных дисциплин. Наиболее старым разделом эмбриологии является так называемая классическая, морфологическая, описательная эмбриология, в задачи которой входит изучение прежде всего форм и изменений форм в процессе развития зародыша и плода (морфогенез).
Такое, вначале чисто морфологическое, понятие развития оказалось недостаточным для понимания процессов развития, и в половине прошлого столетия (особенно благодаря учению Дарвина и дальнейшей разработке и углублению этого учения) оно обогатилось за счет исторических и сравнительных аспектов изучения. Развитие человека и высших животных стали понимать как результат развития животного мира, и даже всего живого в целом, то есть филогенетически, в их связи с историческими условиями развития.
Процесс развития эмбриона человека: современный взгляд
Процесс развития эмбриона – очень интересный и длинный путь от слияния яйцеклетки со сперматозоидом до того момента, с которого эмбрион превращается в плод. Этот процесс проходит в несколько этапов.
Периоды развития эмбриона человека
Процесс развития эмбриона в утробе матери происходит в два этапа. Эмбриональный период развития человека начинается с того момента, когда сперматозоид сольётся с яйцеклеткой и до конца восьмой недели. Затем начинается фетальный период развития эмбриона, он превращается в плод. Считают, что этот этап начинается с начала девятой недели и продолжается до конца беременности, то есть, до того времени, когда малыш увидит мир.
Процесс развития эмбриона человека по дням на первом месяце
После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом образуется зигота. Через несколько часов после оплодотворения начинается дробление клеток. Они называются бластомеры. Это первый период развития эмбриона человека. Количество клеток за четыре дня увеличивается в геометрической прогрессии от двух до 58. Из них 53 обеспечат процесс развития эмбриона, а три нужны для образования пуповины, хориона и плаценты. Вокруг зародыша находится оболочка оплодотворения, которая не даёт ему увеличиваться в размерах. На четвёртый день первого периода развития эмбриона он имеет величину 0,14 мм, по форме напоминает ягоду ежевику.
На пятые сутки образуется пузырёк с жидкостью, который называется бластоциста. С его помощью к моменту имплантации плодного яйца к слизистой матки разрушается оболочка оплодотворения. С этого момента ничто не мешает росту зародыша и его размеры, и масса станут быстрее увеличиваться.
На шестые или седьмые сутки с момента зачатия эмбрион, который находится в плодном яйце, спускается к месту своего пребывания до рождения – полость матки. Он уже увеличился до двух миллиметров и имплантируется в её стенку. Этот период развития эмбриона длится сорок часов. В организме женщины начинает вырабатываться специальный гормон – хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), который сигнализирует о том, что произошла беременность и обязывает организм начать перестраиваться к новым условиям.
Процесс развития эмбриона продолжается на второй неделе. К восьмому дню он находится в эндометрии и начинает получать питательные вещества с материнской крови, та как его запасы уже закончились. В процессе развития эмбриона к концу второй недели происходит образование первичных ворсинок. Вот тут-то женщине надо быть начеку. Вторая неделя беременности очень опасна. Момент прикрепления зародыша к стенке матки – это первый критический период беременности.
Под влиянием различных факторов зародыш может не имплантироваться. Существует много факторов, которые влияют на правильное развитие эмбриона в этот период его развития:
- повышенный тонус матки и нарушение её структуры,
- чрезмерная физическая нагрузка,
- влияние различных токсических веществ,
- механическое воздействие на матку,
- слишком глубокое залегание сосудов в матке.
С третьей недели эмбрион окружён эндометрием, он плотно прилегает к мышечному слою матки. В этот период развития эмбриона его клетки активно делятся, создаётся подобие кроветворной системы, формируется околоплодный пузырь. На этом этапе развития эмбриона происходит дифференциация клеток: каждая из них знает, за какой орган или систему будет отвечать в будущем.
На четвёртой неделе развития эмбриона можно зафиксировать, как сокращается сердечко крохи. Уже видны и ручки, и ножки, начинается процесс формирования жаберных дуг.
Развитие эмбриона человека по дням на втором месяце
На пятой неделе в процессе развития эмбриона увеличивается размер головки из-за быстрого деления клеток мозга. Утолщаются стенки сердца. Начинает формироваться прямая кишка, глотка, пищевод и желудок. Происходит формирование пуповины и начинается дифференциация пола. 6 неделя развития эмбриона вообще уникальна: сердце поделилось на камеры, происходит образования мозжечка и моста головного мозга. На руках уже видны пальчики. Маленький человечек на 6 неделе развития эмбриона уже имеет спинной мозг и черепномозговые нервы.
Как развивается эмбрион после шестой недели? Процесс развития эмбриона продолжается. Его размер достает 23милиметров. В этот период развития эмбриона формируется плацента, она начинает продуцировать гормоны. Развиваются бронхи, печень и сердечко, происходит процесс формирования яичек либо яичников в зависимости от того, какой закладывается пол.
В сроке 8 недель развитие эмбриона уже заканчивается. Это же человечек: видны носик, ушки, губки! Глаза на 8 неделях развития эмбриона прикрыты веками, формируются ушные раковины. 8 недель продолжалась дифференциация и развитие органов и систем. А полное развитие всех органов будет происходить на фетальной стадии развития эмбриона. С третьего месяца зародыш называется плодом.
Факторы, влияющие на развитие эмбриона
На развитие эмбриона влияет множество факторов:
- наследственные: они предопределяют развитие пороков, самопроизвольный аборт или мертворождение,
- нарушение овариально-менструальной и детородной функции матери,
- недоразвитие женщины общее и половое,
- хроническая соматическая патология: сахарный диабет, диффузный зоб, некоторая патология печени и сердца,
- инфекционные заболевания, перенесенные за время беременности: сифилис, краснуха, корь, туберкулёз,
- вредные привычки матери: табакокурение, злоупотребление алкоголя или употребление наркотиков,
- внешние влияния: ионизирующая радиация, кислородное голодание, неполноценное питание беременной.
На 6 неделе развития эмбриона особенно опасны для него внешние факторы и вредные привычки будущей мамы, так как они могут вызвать выкидыш.
Развитие эмбрионов при ЭКО
Различают следующие периоды развития эмбрионов при ЭКО (экстракорпоральном оплодотворении):
- эмбриологический этап,
- развитие эмбриона после ЭКО.
На эмбриологическом этапе производят оплодотворение яйцеклетки концентратом сперматозоидов спустя 4-6 час после чрезвагинальной пункции. Оплодотворённые яйцеклетки помещают на специальных средах в инкубатор. Там они будут развиваться до пятого дня. На пятый день эмбрион покидает яйцеклетку. Этот процесс называется хетчинг, он напоминает момент, когда птенцы вылупляются из яйца. На этом периоде развития эмбрион готов к подсадке. Дальше проводят подсадку эмбрионов.
Как же происходит процесс развития эмбрионов после ЭКО? Он происходит так же, как и при обычной беременности. Важен момент имплантации эмбриона. Врачи наблюдают за женщиной, берут необходимые анализы в день имплантации, через одну неделю и на четырнадцатый день после подсадки. Если эмбрионы прижились, то женщину наблюдают в обычном режиме.
Как проходит развитие эмбрионов после ЭКО по дням
Через 12 часов после оплодотворения наступает первая стадия развития эмбриона после ЭКО – зигота, у которой есть двойной набор хромосом. Через 24 часа клетки должны делиться. Их называют бластомерами. На третий день насчитывается от шести до восьми бластомеров. На этом этапе развития эмбрионов после ЭКО они могут прекратить развиваться и погибнуть, если обнаружится поломка генома.
На четвёртые сутки наступает стадия морулы, а к концу этого дня в моруле образуется полость, а бластомеры делятся на две группы, каждая из которых в последующем способна выполнять свою функцию. На пятые сутки развития эмбрионов после ЭКО наступает стадия бластоцисты. Именно на этой стадии эмбрион имплантируют в матку.
В результате оплодотворения в матке развивается новый организм. За время развития будущий малыш приобретает неповторимые, только ему свойственные черты. Нужно сделать всё необходимое, чтобы он вошёл в этот мир здоровым и счастливым.