Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК)

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) - популяция мультипотентных стволовых клеток - в настоящее время охарактеризована наиболее полно. ГСК находятся в красном костном мозге взрослого организма. Впервые популяция ГСК была выделена из костного мозга (КМ) мыши около 30 лет назад. Клоногенные свойства этих клеток, доказанные позднее в экспериментах in vivo и in vitro, позволили выделять данные клетки с высоким уровнем чистоты (~85 %-95 %). Фенотипическим "портретом" чистых популяций ГСК считается присутствие на поверхности клетки маркеров CD34, CD133, c-kit (CD117), и отсутствие CD38, и специфических маркеров коммитированных клеток крови: гликофорина A, CD2,CD3, CD4, CD8, CD14, CD15, CD16, CD19, CD20, CD56 и CD66b (Lin-). Долгое время считалось, что ГСК способны дифференцироваться только в клетки крови. Однако исследования по выявлению мультипотентности ГСК, выполненные в последние годы, показали, что при трансплантации в кровоток ГСК могут дифференцироваться также в гепатоциты, клетки эпителия и эндотелий.

На основании экспериментальных работ, выполненных в течение последних лет, ГСК можно считать агентами клеточной терапии только при повреждениях печени и сосудов. Несмотря на разработанные протоколы выделения чистых популяций ГСК из взрослого организма, нет методик их культивирования in vitro (в лабораторных условиях). Существующие методы позволяют лишь сохранить или незначительно обогатить популяцию гемопоэтических стволовых клеток. Уже первые попытки их культивирования показали необходимость присутствия фидерного слоя из клеток стромы костного мозга. Как выяснилось позднее, именно клетки стромы костного мозга являются ключевыми регуляторами популяции ГСК. Стромальные элементы определяют пролиферацию и дифференцировку ГСК в костном мозге. Следует отметить, что стромальные клеточные элементы выделяют факторы, определяющие дифференцировку ГСК и миграцию ГСК в костный мозг.

ГСК способны мигрировать не только в костный мозг, но и из костного мозга в кровоток. Показано, что выход ГСК из костного мозга происходит в ответ на воздействие факторов мобилизации: гранулоцитарно-макрафагального колоние-стимулирующего фактора (ГМ-КСФ), гранулоцитарного колоние-стимулирующего фактора (Г-КСФ). Эти факторы также выделяются клетками стромы. Воздействие ГМ-КСФ и Г-КСФ увеличивает количество ГСК в периферической крови на порядок.
ГСК могут являться инструментом клеточной терапии при некоторых заболеваниях. Современный уровень развития биотехнологии позволяет исследователям использовать аутологичные ГСК, выделяя их из периферической крови в достаточном количестве. Однако механизмы трансдифференцировки ГСК в настоящий момент изучены недостаточно.
До последнего времени костный мозг являлся единственным источником гемопоэтических стволовых клеток. После некоторых медицинских процедур и введения в организм так называемых факторов мобилизации (Г-КСФ и ГМ-КСФ) в периферической крови можно увеличить количество ГСК. Нехватка образцов костного мозга заставила исследователей обратить внимание на альтернативные источники стволовых клеток крови. Несомненно, одним из них является пуповинная/плацентарная кровь. В последние годы исследования применимости пуповинной крови шагнули далеко вперед и многие врачи сошлись во мнении, что трансплантация стволовых клеток пуповинной крови может быть альтернативой пересадки костного мозга при онкогематологических и гематологических заболеваниях.

Итак, ГСК мультипотентны, могут дифференцироваться в клетки различных органов. При работе с ГСК можно использовать аутологичный материал, и как следствие нет риска отторжения при трансплантации реципиента. Они подвергаются криоконсервации, иными словами существует возможность хранения собственных клеток «про запас» с возможностью их использования через длительное время при сохранении всех свойств и возраста клеток на момент забора. Они не дают опухолей in vivo, при введении в организм не вызывают роста новообразований. На сегодняшний день их нельзя культивировать ex vivo, на настоящий момент не выработаны стабильно воспроизводимые методики увеличения количества гемопоэтических клеток в лабораторных условиях.
Гемопоэтические стволовые клетки

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) — мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, мегакариоциты и тромбоциты, дендритные клетки) и лимфоидного рядов (Т-лимфоциты, В-лимфоциты и естественные киллеры). Определение гемопоэтических клеток было основательно пересмотрено в течение последних 20 лет. Гемопоэтическая ткань содержит клетки с долгосрочными и краткосрочными возможностями к регенерации, включая мультипотентные, олигопотентные и клетки-предшественники. Миелоидная ткань содержит одну ГСК на 10 000 клеток. ГСК являются неоднородной популяцией. Различают три субпопуляции ГСК, в соответствии с пропорциональным отношением лимфоидного потомства к миелоидному (Л/M). У миелоидно ориентированных ГСК низкое Л/М соотношение (>0, <3), у лимфоидно ориентированных — высокое (>10). Третья группа состоит из «сбалансированных» ГСК, для которых 3 ≤ Л/M ≤ 10. В настоящее время активно исследуются свойства различных групп ГСК, однако промежуточные результаты показывают, что только миелоидно ориентированные и «сбалансированные» ГСК способны к продолжительному самовоспроизведению. Кроме того, эксперименты по трансплантации показали, что каждая группа ГСК преимущественно воссоздаёт свой тип клеток крови, что позволяет предположить наличие наследуемой эпигенетической программы для каждой субпопуляции.

Популяция ГСК формируется во время эмбриогенеза, то есть эмбрионального развития. Доказано, что у млекопитающих первые ГСК обнаруживаются в областях мезодермы, называемых аорта, гонада и мезонефрос, до формирования костного мозга популяция расширяется в фетальной печени. Такие исследования способствуют пониманию механизмов, ответственных за генезис (формирование) и расширение популяции ГСК, и, соответственно, открытию биологических и химических агентов (действующих веществ), которые в конечном счёте могут быть использованы для культивации ГСК in vitro.

До начала использования пуповинной крови основным источником ГСК считался костный мозг. Этот источник и сегодня достаточно широко используется в трансплантологии. ГСК располагаются в костном мозге у взрослых, включая бедренные кости, рёбра, мобилизации грудины и другие кости. Клетки могут быть получены непосредственно из бедра при помощи иглы и шприца, или из крови после предварительной обработки цитокинами, включая G-CSF (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор), способствующий высвобождению клеток из костного мозга.

Вторым, наиболее важным и перспективным источником ГСК является пуповинная кровь. Концентрация ГСК в пуповинной крови в десять раз выше, чем в костном мозге. Кроме того, у этого источника есть ряд преимуществ. Важнейшие из них:

· Возраст. Пуповинная кровь собирается на самом раннем этапе жизни организма. ГСК пуповинной крови максимально активны, поскольку не подвергались негативному воздействию внешней среды (инфекционные заболевания, нездоровое питание и т. д.). ГСК пуповинной крови способны создать большую клеточную популяцию в короткий срок.

· Совместимость. Использование аутологичного материала, то есть собственной пуповинной крови гарантирует 100%-ную совместимость. Совместимость с братьями и сёстрами составляет до 25 %, как правило, возможно также использование пуповинной крови ребёнка для лечения других близких родственников. Для сравнения, вероятность нахождения подходящего донора стволовых клеток — от 1:1000 до 1:1000 000.