Скажите, а вы хотели бы, чтобы на вашем организме проверяли действие новых лекарств с недостаточно предсказуемым эффектом? А чтобы вам в кровь вводили вирусы или яды, а антитела, которые в ответ на это у вас бы образовались, забирали и использовали для исцеления тех, кто поражён при эпидемии или массовом отравлении каком-нибудь? Правда хорошо, что есть на свете кролики, подопытные кролики, которых о подобном не приходится спрашивать? Однако общество защиты прав животных с этим готово поспорить, да и кролики - они ведь не совсем люди, так что ответ их кроличьих клеток на внешнее воздействие не всегда совпадает с ответом клеток человеческих... Как быть? Сказать "Здравствуйте!" клеточным технологиям!
Представьте: из организма человека извлекается одна клетка (ну одну-то ведь можно пожертвовать?), помещается в искусственную среду. Изъятая клетка на питательном растворе начинает активно делиться и производит своих потомков. Подобным образом полученная группа клеток называется культурой клеток. Теперь эту компанию можно подвергать воздействию хоть вирусов, хоть токсинов, хоть сомнительных лекарств. Никто не пострадает, а полученный от воздействия на эти клетки эффект будет использован в медицинских или научных целях. Вот я сейчас вам и описала, пусть и в очень упрощённом виде, один из вариантов применения тех самых клеточных технологий.
Клеточные технологии - это методы выделения клеток из какой-либо ткани или органа и их выращивание на искусственных средах для последующего использования продуктов жизнедеятельности этих клеток или самих клеток в научных или научно-практических целях
Перед вами основные этапы большого пути по спасению кроликов развития клеточных технологий:
1590 год - Изобретён первый микроскоп
1665 год - Обнаружено ячеистое клеточное строение растений
1683 год - Открыты одноклеточные организмы
1831 год - Обнаружены ядра в клетках
1838 год - Сформулирована Клеточная теория
1855 год - Открыто деление клеток
1908 год - Открыты стволовые клетки
1925 год - Создана коллекция ATCC (American Type Culture Collection — Американская коллекция типовых культур)
1948 год - Показана возможность производства вакцин в культуре клеток
1951 год - Получена линия клеток HeLa
1961 год - Открыт предел деления человеческих клеток
1968 год - Открыты мезенхимальные стволовые клетки
1975 год - Разработана технология гибридoм и производства моноклональных антител
1981 год - Получены эмбриональные стволовые клетки мыши
1996 год - Клонирована овечка Долли
1998 год - Получены эмбриональные стволовые клетки человека
2006 год - Получены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
2016 год - Принят закон «о биомедицинских клеточных продуктах»
События до 1855 года в подробностях описывать не стану. Вот в этой статье можно прочитать о них:
А что было дальше?
1908 год - Открыты стволовые клетки
Стволовая клетка – это незрелая клетка, не успевшая приобрести определённую функцию-"профессию" в организме (пока ещё «необученная» клетка). Из такой клетки при определённых условиях можно получить клетку любого типа и в перспективе вырастить из неё любую ткань или даже орган.
У меня есть статья про стволовые клетки:
Автор термина "стволовая клетка" - россиянин Александр Александрович Максимов. Учёный-гематологией (его интересовали проблемы крови) заметил, что клетки интересующей его ткани обновляются чрезвычайно быстро в сравнении с прочими клетками организма. Если бы клетки крови самообновлялись простым клеточным делением, это потребовало бы гигантских размеров костного мозга - их "малой родины". Кроме того, у эритроцитов (красных кровяных шариков) и тромбоцитов (кровяных пластинок) нет ядер, а значит их деление невозможно, и, отслужив свой срок, они погибают. Откуда тогда берутся новые? Александр Александрович первым догадался, что должен быть запас зачатков-предшественниц, деление которых протекает особым способом и которые по мере необходимости превращаются в форменные кровяные элементы. Эти особенные клетки он и назвал стволовыми.
1925 год - Создана коллекция ATCC (American Type Culture Collection — Американская коллекция типовых культур)
К этому времени биологи уже научились выращивать клетки на искусственных питательных смесях, создавая культуры клеток, а как всегда быстрые на подъём американцы подсуетились и создали American Type Culture Collection — Американскую коллекцию типовых культур.
Культуры подразумеваются клеточные
American Type Culture Collection — это частный некоммерческий общемировой центр биологических ресурсов и организация по стандартизации, которая по сей день реализует биоматериалы и ресурсы, необходимые лабораториям для проведения исследований.
1948 год - Показана возможность производства вакцин в культуре клеток
Первой, выращенной на культуре клеток, стала вакцина против полиомиелита. Как только заражать вирусами начали колонии клеток в чашке Петри, кролики смогли спать спокойно (ну хотя бы часть из них), а исследователи получили чистый вирусный материал, что важно для производства качественного препарата для прививок.
1951 год - Получена линия клеток HeLa
Американец Джордж Отто Гей – создатель этой линии.
Клетки были взяты у женщины по имени Генриетта Лакс, которая вскоре после этого умерла от рака. Учёные и до того пытались получить культуры клеток из опухолевых тканей, но все эти попытки заканчивались неудачей: после определенного количества делений вся клеточная линия погибала.
Уникальность этой клеточной линии, названной в честь Генриетты Лакс (Henrietta Lacks) «HeLa», в том, что клетки не только выстояли вне организма, но и размножались вдвое быстрее клеток из нормальных тканей. В результате ученые получили первую стабильную и бессмертную (!) клеточную культуру для своих изысканий.
И сегодня HeLa используется для исследования вирусов, изучения таких заболеваний, как рак, СПИД, для оценки воздействия радиации и токсичных веществ, составления генетических карт, развития методов клеточной инженерии и решения огромного количества других научных задач.
«Мать вирусологии, клеточных и тканевых технологий, биотехнологии, современной медицины»
- и это всё о ней, о HeLa.
1961 год - Открыт предел деления человеческих клеток
Это сделал американец Леонард Хейфлик. Он наблюдал за культурой человеческих клеток и обнаружил, что делиться бесконечно они не могут. Примерно после 50 делений имеют признаки старения и вскоре умирают. Данное ограниченное число делений назвали предел Хейфлика. И только стволовые и раковые клетки игнорируют его и иногда даже делятся бесконечное количество раз (про раковые клетки Генриетты Лакс вы прочитали только что).
Хотите узнать, в чём причина ограниченного числа делений человеческих клеток? Вам сюда:
1968 год - Открыты мезенхимальные стволовые клетки
О! Пошли-поехали непонятные термины. Не волнуйтесь, всё поясню.
Мезенхима - зачаток соединительной ткани, образованный из среднего зародышевого листка человеческого эмбриона. А мезенхимальные стволовые клетки, соответственно, - клетки, из этого зачатка-мезенхимы. Клетки эти очень ценны. Ценны своими способностями. Они умеют превращаться в клетки костной, хрящевой и других видов соединительной ткани, формировать элементы кровеносных сосудов. Кроме того они синтезируют большой набор биологически активных веществ, с помощью которых могут изменять поведение других типов клеток, например, клеток иммунной системы.
Обнаружил эти клетки советский учёный Александр Яковлевич Фриденштейн в костном мозге и лимфоидных органах (селезёнке, лимфатических узлах, тимусе). Да, оказалось, что в костном мозге имеются не только кроветворные клетки, но и мезенхимальные стволовые.
1975 год - Разработана технология гибридoм и производства моноклональных антител
Гибридома – это клетка-гибрид, полученная при слиянии иммунной клетки (В-лимфоцита) и раковой клетки (миеломы). Гибридома хороша тем, что сочетает в себе свойства обеих материнских клеток:
- производит антитела, как В-лимфоцит;
- делится бесконечное количество раз, игнорируя предел Хейфлика, как все раковые клетки.
Учёные «научили» культуры клеток гибридом производить антитела против самых разных чужеродных тел, включая бактерии, вирусы, яды, раковые опухоли. Полученные таким образом вещества называются моноклональными антителами и используются для исцеления от опасных инфекций, интоксикаций и для терапии онкологии.
1981 год - Получены эмбриональные стволовые клетки мыши
Это заслуга англичан Мартина Эванса и Мэтью Кауфмана. И, независимо от них такие же клетки в том же году получила и американский биолог Гейл Роберта Мартин.
1996 год - Клонирована овечка Долли
Про неё-то слышали все! Её "родители" Ян Вилмут и Кит Кэмпбелл. Эти шотландские учёные пересадили ядро соматической (обычной телесной) клетки овцы в яйцеклетку. Яйцеклетка была выношена овцой-суррогатной матерью. Полученный таким образом клон стал точной копией овцы-донора ядра, уже умершей к тому времени.
Долли рано состарилась и умерла. Почему? Всё дело в коротких теломерах (кончиках хромосом), что были в пересаженном в яйцеклетку ядре. Немолодой была та самая овца-донор, потому и теломеры её были невелики, а это для продолжительности жизни очень важно.
Заинтересовали теломеры? Здесь про них:
1998 год - Получены эмбриональные стволовые клетки человека
Группа американских учёных под руководством Джеймса Томпсона впервые получила стволовые клетки из эмбриона человека.
В 1999 году редакция журнала Science признала это открытие третьим по значимости в области биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и проекта «Геном человека».
Однако успех учёных вызвал не только восторженные отзывы, но и много критики. Ведь в экспериментах использовались человеческие эмбрионы, которые пожертвовали пациенты, закончившие лечение бесплодия. Получение новых стволовых клеток требовало и новых эмбрионов. Проблема. Проблема и техническая, и этическая...
2006 год - Получены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
Ура! Вот и решение проблемы подоспело!
Это японец Синья Яманаха научился «переделывать» взрослые клетки кожи так, что они приобретали свойства эмбриональных стволовых клеток, то есть могли превращаться в клетки любых тканей организма. Вот такие обладающие высокой потенцией клетки учёные называют плюрипотентными.
Словечко из 90-х "плюрализм" помните? Так вот, и в названии плюрипотентных клеток, и в термине времён перестройки, обозначающем множественность (от лат. pluralis — множественный), один и тот же корень
Плюрипотентны от природы именно эмбриональные клетки. А если плюрипотентные клетки получили искусственно с помощью трансформации обычных, то к названию добавится "индуцированные".
Яманаха экспериментировал с мышами, но последовавшие за его открытием исследования дали возможность трансформировать и человеческие клетки.
Благодаря использованию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациента, разрешились не только этические вопросы, но и значительно снизился риск иммунного отторжения.
Клетки, кстати, с разной потенцией бывают. Плюрипотентные - лишь один из вариантов. Хотите узнать подробности?
2016 год - Принят закон «о биомедицинских клеточных продуктах»
Принят он в Российской Федерации (Федеральный закон от 23 июня 2016 года № 180 «О биомедицинских клеточных продуктах») и регулирует применение клеток для терапии. Этот закон был необходим, его появление вызвали в том числе и этические вопросы, возникающие при использовании клеточных технологий.
А теперь предлагаю презентацию "Как развивались клеточные технологии". В ней проиллюстрировано всё то, что изложено в статье.
Презентация является интерактивным плакатом. Работать с ней можно только на персональном компьютере, смартфон не подойдёт.
Скачайте презентацию, откройте файл, перейдите в режим демонстрации. Поскольку это интерактивный плакат, слайды в нём по щелчку не сменяются (кроме самого первого). Перемещаться по данному цифровому ресурсу необходимо, кликая на подчёркнутые термины и кнопки.