Стволовые и опухолевые стволовые клетки. Определение, методы изучения, практическое применение

1. Стволовые и опухолевые стволовые клетки. Определение, методы изучения, практическое применение.

ПОДГОТОВИЛ: ИНТЕРН КАФЕДРЫ ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ
АНАТОМИИ МИДИБЕР К.Ю.

2. Актуальность

Глубокий интерес человечества к созданию новых
методов регенеративной медицины с
использованием клеточных технологий – один из
стимулов того бурного развития исследований,
которое наблюдается в области изучения биологии
и свойств стволовых клеток (СК) человека.
Осознание свойств эмбриональных СК и СК
нормальных тканей взрослых привело к открытию
опухолевых СК (ОСК) и позволило сформулировать
новые представления о закономерностях развития
опухолей и способах их терапии, исходя из
сведений о существовании ОСК.

3. Стволовые клетки

Самообновление и
образование
дифференцированных
клеточных линий
Облигатная
асимметрическая
репликация
Стохастическая
дифференцировка

4. Стволовые клетки

5. Стволовые клетки

6. Стволовые клетки

При изучении особенностей различных
соматических СК — кроветворных, нейральных и
СК эпителия молочной железы — удалось
идентифицировать комбинации специфических
маркеров, характеризующих фенотип отдельных
типов соматических СК человека. Так маркерами
кроветворной СК являются такие молекулы
клеточной поверхности, как CD34+, CD38-, Thy1-,
Lin- , СК мозга — CD133+Lin- , предстательной
железы – CD133+ a2?1hi .

7. Стволовые клетки

Хехст
(Hoechst)
33342
Родами123

8. Проточная цитофлуориметрия

При использовании этого метода клетки
инкубируют с флуоресцентным красителем
Хехст 33342, а затем с помощью проточной
цитофлуориметрии исследуют интенсивность
флуоресценции клеток в красной и синей
области спектра для идентификации
популяции клеток, характеризующейся низкой
интенсивностью флуоресценции. Такие
неокрашивающиеся или слабо
окрашивающиеся клетки обычно
присутствуют в очень небольшом количестве
и поэтому получили название побочной
популяции – side-population (SP).

9. Побочная популяция

Побочная популяция, Side population (SP),–
популяция клеток, характеризующаяся
отсутствием или низкой интенсивностью
флуоресценции при исследовании с помощью
проточной цитофлуориметрии при окрашивании
клеток липофильными флуоресцентными
красителями Хехст 33342 или родамин-123.
Способность СК выбрасывать липофильные
флуоресцентные красители из цитоплазмы и
образовывать SP часто рассматривают как
суррогатный маркер СК.

10. Мезенхимальная стволовая клетка

Александр Яковлевич Фриденштейн (1924—1998)
Основоположник учения о мезенхимальных стволовых
клетках, который в начале 70-х годов прошлого века
открыл популяцию костномозговых
негемопоэтических клеток, способных в культуре
ткани формировать так называемые
колониеобразующие единицы фибробластов (КОЕф).
В его лаборатории было установлено, что данная
популяция родоначальных клеток обнаруживается в
костном мозге, в лимфоидных органах. Часть из них
способна к циркуляции в крови

11. Мезенхимальная стволовая клетка

Мезенхимальные СК (МСК) костного мозга также способны
дифференцироваться в клетки тканей, имеющих различное
эмбриональное происхождение. В последние годы
предложено называть такие клетки мультипотентными
стромальными СК (ММСК).
S. Sell даже постулирует, что тканевые СК по своей
полипотентности равноценны покоящимся эмбриональным
СК .

12. Мезенхимальная стволовая клетка

13. Опухолевая стволовая клетка

Опухолевая стволовая клетка (ОСК) - специфическая опухолевая
клетка, долгоживущая и медленно пролиферирующая,
способная при трансплантации иммунодефицитным животным
in vivo индуцировать рост опухоли, идентичной исходной, в то
время как другие короткоживущие и более
дифференцированные клетки опухоли этой способностью не
обладают. Опухолевые стволовые клетки обладает
способностью к самовоспроизведению (репопуляции) и
асинхронному делению, когда одна дочерняя клетка сохраняет
свойства ОСК, а вторая – является коммитированной к
дифференцировке в определенном направлении и способна
быстро пролиферировать, но способность к дифференцировке у
ее потомков изменена

14. Опухолевая стволовая клетка

SCID – мыши с тяжелой
иммунологической
недостаточностью,
иммунодефицит
определяется
отсутствием Т- и Влимфоцитов
NOD-SCID – мыши SCID с
диабетом без
ожирения,
иммунодефицит
характеризуется
отсутствием T-, B- и NKлимфоцитов

15. Первые доказательства существования ОСК

Y.E.Dick (1997) – острый
миелолейкоз. CD34+/CD38-.
M. Al-Hajj (2003) – ОСК в
солидных опухолях на примере
РМЖ. CD44+ CD24-/low ESA+
Хронический миелолейкоз
(1999)
Множественная миелома
(2003)
Опухоли мозга (2004)
Рак предстательной железы
(2005)

16. СК vs ОСК

Необходимо подчеркнуть
сходство маркеров опухолевых
стволовых клеток и названных
выше маркеров соответствующих
нормальных соматических СК.
Следует отметить также,
что опухолевые стволовые
клетки разного происхождения
при исследовании с
флуоресцентными красителями
Хехст 33342 и родамин-123, как и
нормальные СК, обладают
способностью исключать эти
липофильные красители из
клеток и образовывать SP.

17. Первые выводы

1) В каждой опухоли присутствует лишь очень небольшая
доля опухолевых стволовых клеток, то есть клеток,
способных индуцировать опухоли человека при введении
иммунодефицитным мышам.
2) Опухолевые стволовые клетки имеют определенные
поверхностные маркеры, что позволяет успешно и
воспроизводимо выделять их из общей массы опухолевых
клеток с помощью проточной цитофлуориметрии или с
помощью различных вариантов иммуноселекции.
3) Опухоли, развивающиеся из опухолевых стволовых
клеток, содержат смешанную популяцию туморогенных и не
туморогенных клеток, соответствующую гетерогенному
клеточному составу исходной опухоли.

18. Происхождение опухолевых стволовых клеток

Механизмы
Возникновение ОСК из
нормальной соматической
СК в результате
накопления мутаций.
В прогениторной, или
даже в
дифференцированной
клетке могут возникнуть
онкогенные мутации, в
результате которых
клетка вновь обретает
способность к
самообновлению, т. е.
восстанавливает свойства
СК, и становится
злокачественной.
Возникновения опухолевы
х стволовых клеток в
результате слияния СК с
дифференцированной
клеткой с образованием
гибридных клеток со
свойствами опухолевых
стволовых клеток или
способных становиться
ОСК в дальнейшем.

19. Происхождение опухолевых стволовых клеток

В настоящее время пока невозможно
установить непосредственную связь
между опухолевыми стволовыми клетками
конкретной опухоли и той нормальной СК, из
которой она возникла. В тоже время важно
отметить, что повреждение генома
полипотентных СК костного мозга может
приводить к образованию опухолевых клеток
различных типов . Эти данные
свидетельствуют о том, что из
трансформированных СК костного мозга могут
вести свое происхождение мультипотентные
опухолевые стволовые клеток.

20. Особенности ОСК, определяющие устойчивость опухоли к химиотерапевтическим препаратам

АТФ-зависимые
транспортеры (АТРbinding cassette, или АВСtransporters),

21. Особенности ОСК, определяющие устойчивость опухоли к химиотерапевтическим препаратам

Транспортеры АВСВ1, АВСС1 и АВСG2 определяют феномен
множественной лекарственной устойчивости. Эти
транспортеры незначительно различаются по
специфичности в отношении выбрасываемых субстратов.
АВСВ5 – новый, недавно открытый транспортер –
обеспечивает, как и АВСВ1, АТФ-зависимый выброс
флуоресцентного красителя родамин-123 из клеток и
обнаруживается в СD133+-клетках среди опухолевых клеток
из эпидермальных меланоцитов человека и в клетках
злокачественной меланомы человека – устойчивость к
доксирубицину.

22. Опухолевые стволовые клетки и происхождение метастазов

F. Li и соавторы предполагают, что способность опухоли
образовывать метастазы может определяться
особенностями одной из субпопуляций ОСК, которую они
назвали метастатической опухолевой стволовой клеткой
(мОСК) . При этом способность к образованию метастазов
мОСК реализуется при взаимодействии мОСК с тем
микроокружением, или нишей, в которой оказывается мОСК.
Клетки ниши секретируют факторы, регулирующие баланс
между пролиферацией и дифференцировкой СК, а также
факторы, обеспечивающие удержание («заякоревание») СК в
ее нише.

23. Опухолевые стволовые клетки и происхождение метастазов

Первичная
опухоль
«молекулярный
диалог»
приобретат
ь свойства в
результате
накопления
дополнител
ьных ген.
изменений
Потенциаль
ная ниша
для
образовани
я
метастазов
Пролифер
ация
Оставаться
в
состоянии
покоя

24. Выводы

Крайне небольшое число раковых стволовых клеток может давать
начало опухолевому процессу, непрерывно пополнять популяцию
клеток опухоли и регенерировать ее после удаления или
разрушения большинства ее клеток. В таком случае полное
излечение раковых больных, по-видимому, возможно только при
уничтожении абсолютно всех стволовых раковых клеток.
Современные методы лечения онкологических заболеваний имеют
своей целью уничтожение всех опухолевых клеток. Но, как
показывают исследования последних лет, за развитие
патологического процесса отвечает лишь небольшая их часть. И
если при удалении опухоли в организме останется данная особая
клеточная популяция, то возобновления злокачественного
процесса не избежать. Напротив, если уничтожить именно ее, то
остальные клетки опухоли погибнут сами собой.

25. Выводы

Одни исследователи возлагают надежды на клетки
иммунной системы, которые распознавали бы и уничтожали
раковые стволовые клетки. Другие полагают, что с помощью
уже имеющихся средств можно так изменить их окружение,
что они лишатся условий, обеспечивающих их процветание.
Третьи надеются на создание препаратов, которые заставят
аномальные стволовые клетки интенсивно
дифференцироваться и лишат их способности к
самообновлению. Важнее всего то, что все перечисленные
пути ведут к одной цели. Блокировав процессы,
обеспечивающие поддержание раковых стволовых клеток, и
прервав диалог между ними и их окружением, мы,
возможно, сумеем обезоружить истинного виновника многих
форм рака.