Наука регенерации: как работают стволовые клетки

Ранее мы говорили о типах стволовых клеток и этапах нашего индивидуального развития – от встречи родительских половых клеток до взрослого возраста, – на которых эти различные типы клеток появляются и функционируют.

Продолжая эту тему, соучредитель Nobilitet, лектор «Школы долголетия», популяризатор, кандидат биологических наук Ольга Маслова рассказала Mind, как же работают стволовые клетки, оставшиеся в уже взрослом организме, то есть мультипотентные клетки, и какие из их свойств можно использовать в клинике.

Стоит напомнить, что стволовая клетка – это особый тип клеток, способных к асимметричному делению, во время которого из одной «клетки-мамы» образуются не две одинаковые «дочки», а одна копия мамы и одна несколько обновленная с определенной целью клетка. Кроме того, при определенных условиях этот тип клеток может превращаться в другие типы клеток.

Если речь идет о клетках взрослого организма, то стволовые клетки представлены преимущественно мультипотентными, а также имеющими меньшую «потентность» (в прошлой заметке об этом говорится более подробно).

Гемопоэтические и мезенхимальные клетки

Во взрослом организме интересными стволовыми клетками являются гемопоэтические – те, которые дают начало клеткам крови, и мезенхимальные – те,  которые поддерживают в надлежащем состоянии наши соединительные ткани, в том числе кости, хрящи, жировые отложения, а также важную часть кожи – дерму. Интересная особенность этих клеток заключается в том, что они находятся как в так называемых депо – местах, где остается специальная популяция этих клеток «впрок», так и в некоторых тканях локально. К главным депо мезенхимальных мультипотентных клеток относятся костный мозг, жировая ткань, но они присутствуют также в дерме кожи, и в некоторых других местах.

Особые популяции мультипотентных клеток есть и в волосяных фолликулах, а также в кишечнике (интестинальные стволовые клетки, которые активно исследуют). Одна из проблем, возникающих при исследовании популяций мультипотентных клеток во взрослом организме, – то, что их состояние очень динамичное. Условно говоря, в один момент эта клетка собственно спящая стволовая, в другой – уже «бежит на помощь» по сигналу с места повреждения, а затем работает непосредственно на локации.

Более того, даже под микроскопом, несмотря на уже изолированные из ткани клетки, практически невозможно отличить мезенхимальные стволовые клетки и фибробласт (универсальную клетку из соединительной ткани, которая сама заслуживает отдельного рассказа, ведь об этапах преобразования мультипотентных клеток в фибробласты, об их взаимодействии и загадках можно говорить очень долго).

О механизме работы клеток

Механизм работы мезенхимальных клеток заключается в выполнении двойной задачи – прямом замещении необходимого типа клеток, потерпевших поражение, и в так называемом регенеративном менеджменте: регенерация ткани происходит при участии мезенхимальной клетки и под ее «руководством» путем выделения сигнальных молекул для воздействия на другие клетки в ткани, нуждающейся в помощи. Например, чтобы эффективно заживить рану, нужно вовлечь в процесс целый ряд клеток – и каждый из типов клеток должен выполнить свою работу идеально.

Часто одним из регуляторов и контролеров качества этой работы может в том числе выступать мультипотентная клетка. Она выделяет специальные химические факторы, которые служат «ключами» для «замков» рецепторов на поверхностях других клеток и таким образом запускают или прекращают определенные процессы в них.

В то же время на поверхности самой стволовой клетки также есть свои рецепторы, которые воспринимают информацию из микроокружения, реагируют на нее активацией или торможением различных процессов и ориентируются в пространстве.

Например, по градиенту определенных сигналов происходит движение стволовых клеток в места повреждений. Это явление называется хоуминг и заключается в том, что при серьезных повреждениях, когда локальная популяция мультипотентных и олигопотентных клеток уже не справляется с работой, клетки, «спящие» в депо (которое может находиться территориально удалено от места повреждения), отправляются в путь на помощь.

Сама мезенхимальная клетка еще и очень чувствительна к физическим характеристикам ткани, в которой находится. По степени твердости, например, она может «выбрать» направление необходимого преобразования.

Исходя из описанных свойств можно догадаться, что среди продуктов, которые разрабатываются для применения в медицинских технологиях, есть как непосредственно клеточные препараты, так и препараты, основанные на тех регуляторных молекулах, которые клетки выделяют для управления регенеративными процессами.

В следующей заметке мы рассмотрим варианты, которые предлагают ученые и которые уже дошли до клинических испытаний и даже дальше.