Биология развития. Лекция № 4

1.

2. САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ РОСЗДРАВА

Биология развития
лекция № 4
зав. каф. медицинской биологии
Абдукаева Нелли Сулеймановна

3. План лекции

1. Терапевтическое клонирование
2. Вопросы трансплантации.

4. Терапевтическое клонирование и трансплантация Согласно современным представлениям, регенерация тканей взрослого организма и их

репарация в случае повреждения
осуществляется при непосредственном участии
стволовых клеток.
Стволовые клетки –
это клетки,
обладающие
специфичной
способностью к
самообновлению и
дифференцировке в
специализированные
типы клеток.

5. Терапевтическое клонирование и трансплантация Основные характеристики эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) человека:

неограниченная пролиферация клеток,
значительно превышающая 60
удвоений клеточной популяции (лимит
Хейфлика);
поддержание высокой теломеразной
активности, обеспечивающей
стабильную длину теломер;
наличие нормального кариотипа

6. Терапевтическое клонирование и трансплантация

экспрессия специфических
эмбриональных антигенов
способность к
дифференцировке
в производные трех
зародышевых листков
in vitro и in vivo.
Эмбриональные
стволовые клетки
Благодаря этим
человека в культуре
свойствам такие
клеточные культуры перспективно
использовать для решения многих
фундаментальных и прикладных
биомедицинских проблем.

7. Терапевтическое клонирование и трансплантация Источники стволовых клеток:

Эмбриональные стволовые клетки
(бластоциста)
Фетальные стволовые клетки
(абортивный материал на 9-12
недели беременности)

8. Источники стволовых клеток.

9.

Терапевтическое клонирование
и трансплантация
Стволовые клетки пуповинной
крови
Стволовые клетки взрослого
человека (костный мозг, жировая
ткань)

10. Костный мозг.

11.

Терапевтическое клонирование и трансплантация
Колония недифференцированных
эмбриональных стволовых клеток
человека при 10 кратном увеличении
фото Univ of Wisc Madison Reuters
Ван Гог «Звездная ночь»

12. Получение и дифференцировка СК

13. Суть терапевтического клонирования

Обычная соматическая
клетка располагается около
яйцеклетки, чья ядерная ДНК
удалена. Под воздействием
электрического импульса они
сливаются. Яйцеклетка
активизируется. Ооциста
перестраивает ДНК
соматической клетки и
переводит её в зародышевое
состояние, после чего
происходит деление.
Яйцеклетка

14.

Через несколько дней
клетки формируют
бластоцисту. Из
бластоцисты изолируют
зародышевые СК. Их
можно размножить и при
введении пациенту
восполнить их дефицит в
организме человека,
заместив утраченные
клетки.
Бластоциста

15. Схема терапевтического клонирования

+

16. Фетальные стволовые клетки

Полученные из абортивного
материала фетальные стволовые
клетки являются соматическими,
то есть прошедшими первичную
дифференциацию в условиях
развивающегося эмбриона.
Именно это обстоятельство
позволяет сделать дальнейший
процесс их дифференцировки
управляемым и предсказуемым.
Это выгодно отличает фетальные
стволовые клетки от
эмбриональных, полученных из
внутренней массы бластоцисты
на 4-7 день развития зародыша.

17. Пуповинная кровь

Впервые трансплантация
пуповинной крови проведена
во Франции в 1988 году:
мальчику с особо опасной
формой анемии были
пересажены стволовые
клетки из пуповинной крови
новорожденной сестры. За
последние несколько лет в
мире уже сделали более 5000
трансплантаций стволовых
клеток пуповинной крови.
Стволовая клетка
пуповинной крови

18. Кровь, оставшаяся внутри пуповины, содержит ценнейшие стволовые клетки, которые можно использовать для лечения многих

Кровь, оставшаяся внутри пуповины,
содержит ценнейшие стволовые клетки,
которые можно использовать
для лечения многих заболеваний.

19.

Перед закладкой на хранение кровь
освобождают от балластных
фракций — эритроцитов
и зрелых лейкоцитов, чтобы
получить максимально
обогащённый концентрат
стволовых клеток.
Пробирки
с подготовленными
образцами пуповинной
крови погружают в жидкий
азот.

20. Заболевания, при которых производится трансплантация СК пуповинной крови.

Острые лейкозы
Хронические лейкозы
Миелодиспластические синдромы
Болезни, связанные с патологией стволовых клеток
(Тяжелая форма апластической анемии ;анемия Фанкони )
Наследственные аномалии эритроцитов
Наследственные нарушения метаболизма
(Мукополисахаридоз)
Наследственные расстройства иммунной
системы
Болезни, связанные с патологией пролиферации
миелоидного ростка

21.

Пуповинную кровь используют
главным образом для лечения
детей. Для пересадки взрослому
человеку такого количества
стволовых клеток, которое
содержится в порции крови,
извлекаемой из одной
пуповины, не всегда достаточно.
Но если подобрать 2 или даже 3
близких по типу образца,
их можно смешать и ввести
взрослому человеку. Это сразу
расширит поле применения
стволовых клеток пуповинной
крови.

22. Стволовые клетки взрослого человека

В настоящее время
активно изучается
возможность
использования
мезенхимальных
стволовых клеток (МСК)
в клеточной терапии
многих приобретенных и
наследственных
заболеваний.

23. Возможности получения МСК:

Костный мозг
Жир
Скелетные мышцы
Сердце
Печень
Кожа
Взрослые
стволовые клетки

24. Костный мозг

Костный мозг
(medulla osseum) центральный
кроветворный орган,
где находится
самоподдерживающаяся
популяция стволовых
кроветворных клеток
(СКК).

25.

Стволовые клетки костного мозга человека

26. Пути превращения стромальных СК костного мозга

Остеобласты
Адипоциты
Хондроциты
Миоциты
Кардиомиоциты
Гепатоциты
Нейроны
Эпителиальные клетки

27.

Трансплантация миелоидной ткани
(красного костного мозга) является
высокоэффективным методом лечения
ряда заболеваний:
анемия;
иммунодефицитные состояния;
злокачественные заболевания системы
крови (лейкозы, лимфомы);
патологии сердечно-сосудистой
системы

28. Лечение инфаркта миокарда

Эксперименты проведены на крысах инбредной
линии Вистар-Киото. Инфаркт смоделирован
посредством перевязки левой нисходящей
коронарной артерии. МСК выделены из костного
мозга, культивированы in vitro и введены животным
в венозную кровь. Трансплантация МСК быстрее
приводила к завершению процессов воспаления в
зоне ишемии, интенсивной васкуляриации
поврежденного миокарда и сохранению (или
появлению) кардиомиоцитов в рубце.

29. Репарация костной ткани с помощью МСК

В США пациентке с незаживающим
в течение 13 лет переломом вживили
специальную коллагеновую пластинку
с нанесёнными на неё белком BMP bone morphogenic proteins,
вызывающие перерождение
стромальных клеток в остеобласты.
При этом поступающие в зону
перелома стромальные клетки
„притягивались“ к пластинке и под
действием BMP начинали
превращаться в клетки костной ткани.
Через 8 месяцев сломанная кость
практически восстановилась.

30.

31.

Сдавать костный мозг
имеет смысл только
в молодом возрасте, т.к.
со временем количество
клеток уменьшается. А
донорские стромальные
клетки удобнее всего
получать прямо
при рождении
из пуповины и плаценты,
где они тоже содержатся
в достаточном
количестве.

32.

Исследования в области ЭСК во
многих странах сейчас
ограничены. Одна из причин в
том, что введение ЭСК пациенту,
к сожалению, может
заканчивается возникновением
злокачественной опухоли. Другая
причина - этическая. Основной
источник эмбриональных клеток –
эмбриональный материал.
Противники оказывают давление
на правительства, призывая
вместе с абортами запретить и
лечение с применением
эмбриональных стволовых
клеток.

33.

Значение и цена проблемы
терапевтического
клонирования чрезвычайно
велики. Ежегодно миллионы
людей страдают и умирают
от дегенеративных
заболеваний головного мозга,
сердца, печени, почек,
поджелудочной железы,
сетчатки глаза, мышечной
дистрофии и др., в лечении
которых может помочь
терапевтическое
клонирование.

34. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК В ПРЕНАТАЛЬНОЙ ГЕНОТЕРАПИИ.

35.

ТРАНСПЛАНТОЛОГИЯ

36. Трансплантология

ТРАНСПЛАНТОЛОГИЯ – (греч. Trans – пере-, через;
plantare – сажать, выращивать; -logia - наука)
естественная наука, отрасль биологии,
занимающаяся изучение возможностей
создания и пересадки тканей и органов,
а также занимающаяся изысканием
новых форм выведения и приращения
тканей и органов.

37.

Множество проблем связано с тем, что
иммунная система человека отторгает
чужеродную ткань
(трансплантируемые органы или
трансплантаты). В этом случае
пациент принимает
сильные
иммунодепрессанты.
Решить эти проблемы
можно с помощью
стволовых клеток самого
пациента.

38. Стволовые клетки.

Стволовые клетки –
недифференцированные
клетки-предшественники,
обладающие высоким
пролиферативным
потенциалом и способные
к дифференцировке в
любые клетки организма.
Характеристики СК:
способность к
пролиферации
способность к
дифференцировке
способность к
ассиметричному делению
способность к регенерации

39. Трансплантология

• Трансплантируемую ткань можно
вырастить из стволовых клеток
пациента
• Можно вырастить эмбриональные
стволовые клетки генетическим
путем, чтобы избежать иммунной
реакции
• Терапевтическое клонирование –
введение генетического материала
пациента в пустую донорскую я/кл.
Полученный зародыш будет
источником стволовых клеток,
которые не будут отторгаться
иммунной системой (этическая
проблема – данная технология

40. Трансплантология

Выращивание органов (сейчас ткани) из
стволовых клеток. СК возобновляются и
дифференцируются в клетки разных
типов. Из СК эмбриона искусственным
путем можно вырастить ткань любого
типа. Богаты источник стволовых клеток –
пуповинная кровь (берут сразу после
рождения ребенка) с помощью СК можно
восстанавливать поврежденную ткань,
выращивать органы (ткани) для
трансплантации.

41. Трансплантология

В мире более 1000 пересадок СК
пуповинной крови больным
(доброкачественные и злокачественные
опухоли, инфаркт миокарда, диабет)
Родственные трансплантации 63 %
успешно
Не родственные – только 29% успешно

42. Трансплантология

Примеры:
Трансплантаты кожи выращивают из живых
эпителиальных клеток. Выращивание 1 м2
занимает около 3 недель.
Трансплантация кардиомиоцитов (ИМ - Израиль)
Нейротрансплантация - нейробласты,
обкалывают пораженные участки мозга (тяжелые
инсульты) США около 1000 операций.
Трансплантация миоцитов при мышечном
истощении.
Инсулинозависимый сахарный диабет
трансплантация клеток островсковой части
поджелудочной железы.

43. Основные дегенеративные заболевания человека

Болезни Болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера,
рассеянный склероз, посттравматические
ЦНС
заболевания, инсульты, травматические
заболевания спинного мозга

44.

Болезни сердца
Инфаркт миокарда,
постинфарктные
осложнения, врождённые
пороки сердца
Внутренние болезни Сахарный диабет
(первого и
второго типа),
хронический
панкреатит

45.

Болезни костей
и суставов
Болезни крови
и иммунитета,
онкологические
заболевания
Остеоартрит,
остеопороз
Иммунодефициты,
лейкемии,
врождённые болезни
крови, рак желез и
различных тканей

46.

Болезни печени
Гепатиты, циррозы
Травматические
болезни
Ожоги

47.

Болезни глаз
Макулярная дистрофия,
атрофия сетчатки
Болезни мышечной
системы
Мышечная дистрофия, ДЦП

48. Постнатальная трансплантация стволовых клеток.

С помощью
постнатальной
трансплантации
стволовых клеток,
возможно излечить
ряд генетических
патологий:
иммунодефицитные
заболевания
болезни
накопления.
Недостатки метода:
1. Необходимость наличия
гистосовместимого донора
2. отторжение стволовых
клеток.
3. развитие реакции
«трансплантант против
хозяина»
4. неэффективность
трансплантанта
Учитывая особенности
физиологии
онтогенетического
развития кроветворной и
иммунной системы эти
проблемы можно решить с
помощью пренатальной
трансплантации СК

49. Результаты трансплантации стволовых клеток, полученные в экспериментах на животных.

Опыты на животных
показали, что у овец с
цероид- липофусцинозом
и иммунодефицитных
мышей, уровень
приживления стволовых
клеток был высокий.
Однако, в остальных случаях
уровень приживления
составлял < 1%, и не
отмечалось благотворного
влияния на клинические и
гистологические
параметры, связанные с
заболеваниями.

50. Пренатальная трансплантация в клинической практике.

Пренатальная трансплантация стволовых клеток
может быть осуществлена при:
- тяжелом комбинированном иммунодефиците и
хроническом гранулематозе
- резус изоиммунизации
- гемоглабинопатии( а и b- талассемия)
- болезни накопления (синдром Херлера, болезнь
Краббе)
У плодов с тяжелой недостаточностью иммунной
системы был достигнут значительный уровень
приживления.
Однако, при отсутствии у плода клинически
значимого иммуннодефицита, стабильного
приживления трансплантанта достичь не удалось.

51. Обеспечение эффективности трансплантации.

Выбор времени для
трансплантации ( до 14
недель)
Источник стволовых клеток
(пуповинная кровь)
Доза донорских клеток
(назначение больших доз
благоприятно влияет на ход
заболевания, т.к они
вытесняют поврежденные
клетки)
Способ назначения ( более
безопасны
внутриперитонеальные
инъекции сроком до 14
недель)

52. Вопросы безопасности, связанные с пренатальным переносом гена.

Серьезные опасения связаны
с риском трансдукции генов в
половые клетки, что может
привести к генетической
модификации зародышевой
линии.
Риск для матери, т.к
теоретически возможна
трансдукция в ее соматические
или половые клетки в
результате
транспланцентарной миграции
Возможность возникновения
дефекта гена, приводящего к
генетическому заболеванию
или злокачественной опухоли
(более безопасна генотерапия
ex vivo).

53. Трансплантология

Органная трансплантация.
Аутотрансплантация – трансплантат того же
пациента.
Аллотрансплантация – пересадка органов и
тканей от другого человека (донора)
Внутренние органы – давно, пересадка
конечностей от донора – новый подход.
Лучше выращивать из клеток собственного
организма (СК эмбриональные, СК взрослого
организма)
Через 50 лет можно будет заморозить
собственные СК, при необходимости
«извлечь их холодильника»

54. Трансплантология

Методика становления органа: биопластик
заселяют СК, затем биопластик
растворяется, новый орган есть (ухо…)
Великобритания, органы донора для пересадки
уже не замораживают, а перевозят к месту
операции в контейнерах в условиях близких к
естественным.

55. ВЫРАЩИВАНИЕ КОСТЕЙ

В Великобритании в
1996 году после
перенесенного
онкологического
заболевания, мужчине
была трижды
произведена резекция
нижней челюсти с
заменой ее на
титановую пластинку.

56. ВЫРАЩИВАНИЕ КОСТЕЙ

В 2004 году из
жидкого стекла был
создан крафт,
имеющий пористую
структуру. Внутрь его
заселили СК
пациента, клетки
красного костного
мозга и хондроциты.

57. ВЫРАЩИВАНИЕ КОСТЕЙ

Из хондроцитов
образовался хрящевой
каркас будущей
нижней челюсти с
красным костным
мозгом внутри, а
биополимерный крафт
растворился. Для
прочности хрящ был
покрыт титановой
сеткой.

58. ВЫРАЩИВАНИЕ КОСТЕЙ

Чтобы из хряща
впоследствии образовалась
костная ткань, необходимо
было увеличить доступ
кислорода к нему за счет
васкуляризации
(приращение сосудов). Для
этого хрящ был помещен
под широкую мышцу спины
в области ее прикрепления
к плечу.

59. ВЫРАЩИВАНИЕ КОСТЕЙ

60. ВЫРАЩИВАНИЕ КОСТЕЙ

Через несколько месяцев челюсть была
имплантирована. Она прижилась на 98%.

61. Трансплантология

Ксенотрансплантация.
Органы животных (свиньи)
– этот организм
иммунологически самый
близкий. В Шотландии
минисвинок выращивают в
качестве доноров.
Есть опасность!
Использование органов
животных может повлечь
за собой рост новых
вирусных заболеваний.

62. Трансплантология

Почка обезьяны
«дикая почка»
выделяла огромное
кол-во мочи
----> гибель пациента.
Половые железы
обезьян----> не удачи
(«Собачье сердце»
М. Булгаков)

63. Трансплантология

Илья Иванович Иванов – экспедиция 1927г.
во Французскую Гвинею.(с 1924-1927гг. В
посольстве Франции получали разрешение)
Эксперименты по
искусственному
оплодотворению (гибриды)
Искусственно осеменяли самок
шимпанзе, продолжились
эксперименты в Москве искусственно осеменяли ♀
человека. Женщины –
добровольцы (за идею)

64. Трансплантология

«СССР выводит новую расу –
получеловека…» франц. пресса.
Удалось ??? Эксперименты
прекратили. Документация не
сохранилась. Иванов – в 30-е
годы – «Враг народа» Умер
вскоре после реабилитации.
Пересадка органов с целью
омоложения(половых желез
обезьян), женам
высокопоставленных чиновников
в Кремле – все неудачно!?!

65. Трансплантология

Аллопластическая
трансплантация – замена
частей тела синтетическими
материалами- металл,
пластмасса (протезы
сосудов, клапанов
сердца, искусственные
суставы)

66.

Трансплантология
Реплантация – пересадка органов и
тканей на свое же место (оторванная
конечность, скальпированная рана)

67.

Трансплантология
Имплантация – клетки
и ткани специально
пересаживают в
другой участок
(имплантация
изолированных
островков
поджелудочной
железы в печень или
селезенку)

68. Заключение

Трансплантология, как наука
завтрашнего дня, очень не предсказуема.
На ее пути встают не только
материальные проблемы и проблемы
реализации, но и проблемы этики. Пока
есть люди, считающие, что это
«синтетический рог изобилия», мы можем
жить с надеждой на лучшее будущее для
наших потомков…

69. Спасибо за внимание!