Как Работят Стволовите Клетки

{h1}

Стволовите клетки могат да се развият във всяка клетка, тъкан и орган в тялото. Научете за предизвикателствата и противоречията при изследването на стволови клетки и как стволовите клетки могат да бъдат използвани за лечение на болести.

Много болести убиват клетките в органите, отнемайки живот или увреждащи способността на човек да живее нормален живот. Например около 5,8 милиона американци имат сърдечна недостатъчност и 670 000 души се диагностицират с нея всяка година [източник: Центрове за контрол на заболяванията]. При сърдечна недостатъчност голяма част от сърдечния мускул умира, така че сърцето не може да изпомпва достатъчно кръв.

По подобен начин около 23,6 милиона американци имат диабет [източник: NIDDK, NIH]. Пет до 10 процента от тези хора имат диабет тип I, при който клетките на панкреаса, произвеждащи инсулин, са мъртви. И накрая, около 1 милион американци живеят с болестта на Паркинсон [източник: Фондация за болестта на Паркинсон]. При това заболяване клетките, които правят невротрансмитер допамин, който помага да се контролира движението, умират. Пациентите с болестта на Паркинсон имат тремор и неконтролируеми движения. Но какво ще стане, ако тези мъртви клетки могат да бъдат заменени с пресни клетки? Възможно ли е пациентите да бъдат лекувани и да водят нормален живот? Това е целта на изследването на стволови клетки.

В тази статия ще разгледаме стволовите клетки, като започнем от придружаващата снимка по-горе. На снимката колониите на ембрионалните стволови клетки са закръглените, плътни маси от клетки. Плоските удължени клетки са фибробласти, използвани като "захранващи клетки". Също така ще разберем как работят стволовите клетки, ще открием техния потенциал за лечение на болести и ще влезем в продължаващия дебат относно техните изследвания и употреба. Но първо, нека да разгледаме някои основи.

Основи на стволови клетки

Как работят стволовите клетки: клетки

Една стволова клетка е по същество градивен елемент на човешкото тяло, Стволовите клетки са способни да се делят за дълги периоди от време, неспециализирани са, но могат да се развият в специализирани клетки. Най-ранните стволови клетки в човешкото тяло са тези, които се намират в човешкия ембрион. Стволовите клетки в ембриона в крайна сметка ще дадат началото на всяка клетка, тъкан и орган в тялото на плода. За разлика от обикновената клетка, която може само да се репликира, за да създаде повече от свой собствен вид клетка, стволова клетка е плурипотентни, Когато се раздели, може да направи всеки един от 220 различни клетки в човешкото тяло. Стволовите клетки също имат способността да самостоятелно подновят - те могат да се възпроизвеждат многократно.

Има няколко вида стволови клетки, включително:

  • Ембрионални стволови клетки - Ембрионалните стволови клетки включват тези, които се намират в ембриона, плода или кръвта от пъпната връв. В зависимост от това кога са събрани, ембрионалните стволови клетки могат да доведат до почти всяка клетка в човешкото тяло.
  • Възрастни стволови клетки - Възрастните стволови клетки могат да бъдат открити при кърмачета, деца и възрастни. Те пребивават във вече развити тъкани като тези на сърцето, мозъка и бъбреците. Те обикновено пораждат клетки в техните резидентни органи.
  • Индуцирани плюрипотентни стволови клетки (IPSC)- Тези стволови клетки са възрастни, диференцирани клетки, които експериментално са „препрограмирани“ в състояние, подобно на стволови клетки.

И така, как работят всички тези видове стволови клетки? И какви са техните потенциални приложения? Нека да разберем - като започнем от ембрионалните стволови клетки.

Ембрионални стволови клетки

Как работят стволовите клетки: стволови

След като яйцеклетка се оплоди от сперма, тя ще се раздели и ще се превърне в ембрион. В ембриона има стволови клетки, които са способни да станат всички от различните видове клетки в човешкото тяло. За изследване учените получават ембриони по два начина. Много двойки зачеват чрез процеса на ин витро оплождане. При този процес, двойка сперма и яйца се оплождат в чиния за култура. Яйцата се развиват в ембриони, които след това се имплантират в женската. Въпреки това се правят повече ембриони, отколкото могат да бъдат имплантирани. Така че тези ембриони обикновено се замразяват. Много двойки даряват неизползваните ембриони за изследване на стволови клетки.

Вторият начин, по който учените получават ембриони, е терапевтично клониране Тази техника обединява клетка (от пациента, който се нуждае от терапия със стволови клетки) с яйцеклетка донор. Ядрото се отстранява от яйцето и се заменя с ядрото на клетката на пациента. (За подробен поглед върху процеса вижте как работи клонирането) Това яйце се стимулира да се разделя или химически, или с електричество, и полученият ембрион носи генетичния материал на пациента, което значително намалява риска неговото тяло да отхвърли ствола клетки, след като са имплантирани.

И двата метода - използване на съществуващи оплодени ембриони и създаване на нови ембриони специално за изследователски цели - са противоречиви. Но преди да влезем в полемиката, нека да разберем как учените карат стволови клетки да се репликират в лабораторни условия, за да ги изучат.

Когато ембрионът съдържа около осем клетки, стволовите клетки са тотопотентен - те могат да се развият във всички типове клетки. На три до пет дни ембрионът се развива в кълбо от клетки, наречено a бластоцист, Бластоциста съдържа около 100 клетки, а стволовите клетки са вътре. На този етап са стволовите клетки плурипотентни - те могат да се развият в почти всеки тип клетки.

Как работят стволовите клетки: стволовите

За да отгледат стволовите клетки, учените ги отстраняват от бластоцистата и ги култивират (отглеждат ги в разтвор, богат на хранителни вещества) в чаша на Петри в лабораторията. Стволовите клетки се разделят няколко пъти, а учените разделят популацията на други ястия. След няколко месеца има милиони стволови клетки. Ако клетките продължават да растат без диференциране, тогава учените имат a линия на стволови клетки, Клетъчните линии могат да бъдат замразени и споделяни между лабораториите. Както ще видим по-късно, линиите на стволовите клетки са необходими за разработване на терапии.

Днес много бъдещи майки се питат за банкирането на пъпната връв - процесът на съхранение на кръвта от пъпната връв след раждането. Защо някой би искал да направи това? След като майка роди, пъпната връв и останалата кръв често се изхвърлят. Тази кръв обаче съдържа и стволови клетки от плода. Кръвта от пъпната връв може да се събира и ембрионалните стволови клетки да се отглеждат в култура. За разлика от ембрионалните стволови клетки от по-ранно развитие, феталните стволови клетки от кръв от пъпната връв са мултипотентния - те могат да се развият в ограничен брой клетки.

Сега, когато имате по-добро разбиране на ембрионалните стволови клетки, нека разгледаме стволовите клетки за възрастни.

Възрастни стволови клетки

Как работят стволовите клетки: клетки

Можете да мислите за възрастни стволови клетки като нашите вградени комплекти за ремонт, регенериращи клетки, повредени от болести, наранявания и ежедневно износване. Тези недиференцирани клетки пребивават сред други диференцирани клетки в тъкан или орган; те се разделят и стават специализирани за ремонт или замяна на околните диференцирани клетки. Често срещан пример за стволови клетки на възрастни е хемопоетични стволови клетки, които се намират в червения костен мозък. Тези стволови клетки се диференцират в различни кръвни клетки (червени кръвни клетки, лимфоцити, тромбоцити - вижте как функционира кръвта за повече информация). Например, червените кръвни клетки не са способни да се възпроизвеждат и оцеляват за около 28 дни. За да заместят износените червени кръвни клетки, хемопоетичните стволови клетки в костния мозък се разделят и диференцират в нови червени кръвни клетки.

Костният мозък съдържа също втори тип възрастни стволови клетки, известни като a стромален или мезенхимна стволова клетка, Стромовите стволови клетки стават костни, хрущялни, мастни и съединителни тъкани, намиращи се в костите. Стволовите клетки за възрастни са открити и в много други тъкани като мозъка, скелетните мускули, кръвоносните съдове, кожата, черния дроб, зъбите и сърцето. Независимо от източника, възрастните стволови клетки са мултипотентния - те могат да се развият в ограничен брой клетки.

Въпреки че стволовите клетки на възрастните съществуват в много тъкани, техният брой е малък, може би една възрастна стволова клетка на всеки 100 000 околни клетки. Тези стволови клетки изглеждат като околните клетки, така че е трудно да ги разграничим. Но изследователите са разработили интересен начин да ги идентифицират, като ги „осветят“. Всички клетки имат уникални протеини на повърхността си, наречени рецептори, Рецепторите свързват химични съобщения от други клетки като част от комуникацията между клетките. Изследователите използват тези рецептори - или маркери - за идентифициране и изолиране на възрастни стволови клетки чрез „маркиране“ на химичните съобщения, които се свързват към тези специфични рецептори на стволовата клетка с флуоресцентни молекули. След като флуоресцентното химическо съобщение се свърже с рецептора на повърхността на стволовата клетка, стволовата клетка ще "светне" под флуоресцентна светлина. След това "осветената" стволова клетка може да бъде идентифицирана и изолирана.

Подобно на ембрионалните стволови клетки, възрастните стволови клетки могат да се отглеждат в култура за установяване на линии от стволови клетки.

Смятало се, че стволовите клетки за възрастни са по-ограничени от ембрионалните стволови клетки, като се поражда един и същ вид тъкан, от която произхождат. Но новите изследвания предполагат, че стволовите клетки на възрастните могат да имат потенциал да генерират и други видове клетки. Например чернодробните клетки могат да бъдат коаксирани за производството на инсулин, който обикновено се прави от панкреаса. Тази способност е известна като пластичност или трансдиференциация

Някога се смяташе, че има само два вида стволови клетки - ембрионални и възрастни, но има още едно дете на блока на стволовите клетки. Продължете да четете, за да научите за този „нов“ тип: индуцираната плюрипотентна стволова клетка.

Индуцирани Pluripotent стволови клетки (IPSC)

Дали от ембриони или тъкани за възрастни, стволовите клетки са малко. Но много са необходими за клетъчни терапии. Имаше етични и политически проблеми с използването на ембрионални стволови клетки - така че ако имаше начин да се получат повече стволови клетки от възрастни, това може да е по-малко противоречиво. Въведете IPSC.

Всяка клетка в тялото има еднакви генетични инструкции. И така, какво прави сърдечната клетка различна от чернодробната клетка? Двете клетки експресират различни групи гени. По същия начин стволовата клетка включва специфични групи гени, за да се диференцира в друга клетка. Така че, възможно ли е да се препрограмира диференцирана клетка, така че тя да се върне обратно към стволова клетка? През 2006 г. учените направиха точно това. Те използваха вирус, за да доставят четири фактора на стволови клетки в кожни клетки. Факторите са причинили диференцираните стволови клетки да преминат в състояние, подобно на ембрионални стволови клетки. Получените клетки, наречени индуцирани плюрипотентни стволови клетки (IPSC), сподели много характеристики с човешки ембрионални стволови клетки. Структурите на IPSCs бяха сходни, те изразяваха едни и същи маркери и гени и те нарастваха еднакво. И изследователите успяха да отгледат IPSC в клетъчни линии.

В човешкото тяло има много по-диференцирани клетки от стволови клетки, ембрионални или възрастни. И така, огромни количества стволови клетки могат да бъдат направени от собствени диференцирани клетки на пациента, като кожни клетки. Приготвянето на IPSC не включва ембриони, така че това би заобиколило етичните и политическите проблеми, свързани с изследването на стволови клетки. Изработката на ISPSC обаче е скорошно развитие, така че учените трябва да направят повече изследвания, преди да могат да бъдат използвани за терапии. Първо, трябва да разберем по-добре процеса на препрограмиране. И тогава трябва да проучим дали IPSC са достатъчно сходни или всъщност са идентични с ембрионалните стволови клетки. Настоящите изследвания са фокусирани върху тези въпроси, но препрограмирането на клетки за създаване на IPSC има голям потенциал.

Сега, когато имате добра представа какво представляват стволовите клетки и как работят, нека да видим как могат да бъдат използвани за лечение на заболявания.

Запазете тези зъби

Зъболекарите обикновено изхвърлят зъбите на мъдростта, след като са били извлечени - но може би трябва да започнат да ги спестяват; те просто могат да бъдат полезни при създаването на стволови клетки. Наскоро група японски учени направиха индуцирани плюрипотентни стволови клетки (IPSC) от зъбната пулпа на извлечени зъби на мъдростта. Те използвали вируси, за да доставят фактори на стволови клетки до мезенхимални стромални клетки, изолирани от пулпата на трети кътници. Получените IPSC са подобни на ембрионалните стволови клетки.

През 2003 г. изследовател от NIH, Сангтао Ши, извлече стволови клетки от бебешките зъби на дъщеря си. Стволовите клетки растат в култура и могат да образуват кост, когато се имплантират в мишки. Потенциално бихте могли да извадите стволови клетки от зъбите си за бъдеща употреба, но това би бил скъп процес.

Може би това прави феята на зъбите с всички тези зъби?

Използване на стволови клетки за лечение на заболяване

Как работят стволовите клетки: стволовите

Първата стъпка в използването на стволови клетки за лечение на болести е да се установят линии на стволови клетки, които са постигнали изследователите. На следващо място, учените трябва да могат да включат специфични гени в стволовите клетки, така че стволовите клетки да се диференцират във всяка клетка, която желаят. Но учените още не са се научили как да правят това; така, изучаването на диференцирането на стволови клетки е активна област на изследване. След като учените могат да създадат диференцирани клетки от стволови клетки, тогава има много възможности за тяхното използване, като например тестване на лекарства и терапии на базата на клетки. Например, да кажем, че искате да тествате нови лекарства за лечение на сърдечни заболявания. В момента новите лекарства трябва да бъдат тествани върху животни. Данните от изследванията върху животни трябва да бъдат интерпретирани и след това екстраполирани върху хора преди клиничните изпитвания върху хора. Но да предположим, че бихте могли да ги тествате директно върху човешките сърдечни клетки. За да направите това, човешките стволови клетъчни линии могат да бъдат третирани, за да се диференцират в човешки сърдечни клетки в чиния. Потенциалните лекарства могат да бъдат тествани върху тези клетки и данните ще бъдат пряко приложими за хора. Тази употреба може да спести огромно количество време и пари за пускане на пазара на нови лекарства.

Терапиите на основата на стволови клетки не са нещо ново. Първата терапия на базата на стволови клетки беше трансплантация на костен мозък, използвана за лечение на левкемия. При тази процедура съществуващият костен мозък на пациента се унищожава чрез радиация и / или химиотерапия. Донорният костен мозък се инжектира в пациента и стволовите клетки на костния мозък се установяват в костите на пациента. Клетките на костния мозък на донора се диференцират в кръвни клетки, от които се нуждае пациентът. Често пациентът трябва да приема лекарства, за да предотврати имунната му система да отхвърли новия костен мозък. Но тази процедура използва съществуващи хемопоетични стволови клетки. Как бихте използвали линии на стволови клетки? Нека да разгледаме как стволовите клетки могат да бъдат използвани за лечение на сърдечна недостатъчност.

В идеалния случай, за лечение на отпадащо сърце, учените биха могли да стимулират стволовите клетки да се диференцират в сърдечните клетки и да ги инжектират в увреденото сърце на пациента. Там новите сърдечни клетки могат да растат и да поправят увредената тъкан. Въпреки че учените все още не могат да насочат стволовите клетки да се диференцират в сърдечните клетки, те са тествали тази идея при мишки. Те са инжектирали стволови клетки (възрастни, ембрионални) в мишки с увредени сърца. Клетките растат в увредените сърдечни клетки и мишките показват подобрена сърдечна функция и приток на кръв.

В тези експерименти, как точно стволовите клетки подобряват работата на сърцето, остава спорно. Може да имат директно регенерирани нови мускулни клетки. Алтернативно, те може да са стимулирали образуването на нови кръвоносни съдове в увредените участъци. А новият кръвен поток може да е стимулирал съществуващите сърдечни стволови клетки да се диференцират в нови клетки на сърдечния мускул. Понастоящем тези експерименти се оценяват.

Една от основните пречки при използването на стволови клетки е проблемът отхвърляне, Ако пациентът се инжектира със стволови клетки, взети от дарен ембрион, неговата или нейната имунна система може да вижда клетките като чужди нашественици и да започне атака срещу тях. Използването на стволови клетки за възрастни или IPSC може да преодолее донякъде този проблем, тъй като стволовите клетки, взети от пациента, няма да бъдат отхвърлени от неговата или нейната имунна система. Но стволовите клетки за възрастни са по-малко гъвкави от ембрионалните стволови клетки и по-трудно се манипулират в лабораторията. И IPSC технологията е твърде нова за работа по трансплантация.

И накрая, изучавайки как стволовите клетки се диференцират в специализирани клетки, получената информация може да се използва, за да се разбере как възникват вродени дефекти и евентуално как да се лекуват.

И така, ако има толкова голям потенциал в изследването на стволови клетки, защо всички спорове? Нека проучим настоящите етични и политически въпроси.

Спор за изследване на стволови клетки

Изследването на стволови клетки се превърна в един от най-големите проблеми, разделящи научните и религиозните общности по света. В основата на въпроса стои един централен въпрос: Кога започва животът? По това време, за да получат надеждни стволови клетки, учените или трябва да използват ембрион, който вече е заченат, или да клонират ембрион, използвайки клетка от тялото на пациента и дарено яйце. Така или иначе, за да добият стволови клетки на ембриона, учените трябва да го унищожат. Въпреки че този ембрион може да съдържа само четири или пет клетки, някои религиозни водачи казват, че унищожаването му е еквивалент на отнемане на човешки живот. Неизбежно този въпрос излезе на политическата арена.

През 1996 г. Конгресът одобри законопроекта за бюджетни кредити, наречен "федерален бюджет" Поправка на Dickey-Wicker, Представителите Джей Дики и Роджър Уикър предложиха да се забрани използването на федерални средства за всякакви изследвания, при които се създава или унищожава човешки ембрион. Федералните парични средства са основен източник на финансиране за изследване на стволови клетки. Изменението се подновява всяка година оттогава.

През 2001 г. президентът Джордж Буш допълнително ограничи изследванията на федералните стволови клетки. В изпълнителен ред Буш заяви, че федералните фондове могат да бъдат използвани само за изследвания на човешки ембрионални стволови клетки, които вече са били установени (само 22 клетъчни линии). Това попречи на изследователите да създадат повече ембрионални стволови клетки за изследване.

През 2009 г. президентът Барак Обама издаде изпълнителна заповед за разширяване на изследванията на стволови клетки на ембриона. Администрацията на Обама разреши федерално финансиране на ембрионални изследвания на стволови клетки, ако се прилагат следните условия:

  • Клетъчната линия е била една от 22-те съществуващи по време на приложението на Буш или е създадена от ембриони, които са били изхвърлени след процедурите за ин витро оплождане.
  • Донорите на ембрионите не са били платени по никакъв начин.
  • Донорите ясно знаеха, че ембрионите ще бъдат използвани за изследователски цели преди даване на съгласие.

Според администрацията новата политика не нарушава поправката на Дики-Уикър, тъй като парите не финансират създаването на нови ембриони (те вече са създадени с частни средства) и не финансират унищожаването им.

През 2009 г. двама изследователи от Бостън, д-р Джеймс Шерли от Бостънския институт за биомедицински изследвания и д-р Тереза ​​Дейшер от Биотехнологичната компания Ava Maria, и други агенции заведоха дело срещу правителството. Първоначално делото беше отхвърлено, защото съдията постанови, че ищците нямат юридическо положение (т.е. те не са засегнати съществено от новите правила). Апелативният съд обаче отмени първоначалното решение. Двамата учени останаха ищци. Учените твърдят, че тъй като са използвали стволови клетки за възрастни изключително в своите изследвания, новите правила биха засилили конкуренцията за федералните долари за изследвания, като по този начин повлияят на способността им да получават финансиране. Федералният съдия Ройс Ламберт потвърди решението на апелативния съд. Той разпореди разпореждане, предотвратяващо въвеждането на новите правила. Той твърди, че правилата нарушават поправката Dickey-Wicker, тъй като ембрионите трябва да бъдат унищожени в процеса на създаване на ембрионални стволови клетки.

През септември 2010 г. The New York Times съобщи, че Апелативният съд на САЩ постанови, че федералното финансиране на изследвания на ембрионални стволови клетки може да продължи при новите правила, докато съдът разглежда решението на съдия Ламберт [източник: New York Times]. Това решение позволява на изследователите да продължат да се хранят с ембрионални култури на стволови клетки, да експериментират с мишки и други изследователски дейности, докато настоящият съд не постанови решение, Върховният съд на САЩ приема или Конгресът приема законодателство, което изяснява проблемите. Междувременно изследванията на стволови клетки и кариерата на изследователите на стволови клетки висят на легална влакче. Въпреки че стволовите клетки имат голям потенциал за лечение на болести, остава много работа по научните, етичните и правните фронтове.

За повече информация относно стволовите клетки, разгледайте връзките на следващата страница.

Застъпници за изследване на стволови клетки

От 1991 г., когато е диагностициран с болестта на Паркинсон (дегенеративно мозъчно разстройство, което засяга движението), актьорът Майкъл Дж. Фокс е главен привърженик на изследването на стволови клетки. Фондацията му е дарила над 205 милиона долара, за да помогне за финансирането на изследванията на Паркинсън [източник: Фондация Майкъл Дж. Фокс]. Фокс и неговата фондация се надяват, че един ден учените ще могат да накарат стволови клетки да произвеждат допамин, химикал в организма, който има дефицит при пациенти с болестта на Паркинсон.

Бившата първа дама Нанси Рейгън също стана защитник на изследването на стволови клетки, когато съпругът й, бившият президент Роналд Рейгън, беше болен от болестта на Алцхаймер, друго дегенеративно мозъчно заболяване. Умира от болестта на Алцхаймер през лятото на 2004 г.


Видео Добавка: Future Health - банка за съхранение на стволови клетки.




Изследване


Може Ли Банките Със Семена Да Спасят Застрашени Растения?
Може Ли Банките Със Семена Да Спасят Застрашени Растения?

Избухналите Звезди Може Да Поставят Човечеството На Две Крака
Избухналите Звезди Може Да Поставят Човечеството На Две Крака

Наука Новини


Защо Митовете За Ваксините Продължават Да Съществуват: Справочниците За Екипа На Тръмп Развенчаха Връзката С Аутизма
Защо Митовете За Ваксините Продължават Да Съществуват: Справочниците За Екипа На Тръмп Развенчаха Връзката С Аутизма

Открити Блестящи Очи На Страшния Древен Морски Хищник
Открити Блестящи Очи На Страшния Древен Морски Хищник

Какво Е Мираж?
Какво Е Мираж?

Гъсеници На Зомбита Дъждовна Смърт От Върховете На Върховете
Гъсеници На Зомбита Дъждовна Смърт От Върховете На Върховете

Как Работят Магистралите На Слънчевия Панел
Как Работят Магистралите На Слънчевия Панел


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com