Многоклеточные организмы

Многоклеточные организмы

Специализация и интеграция клеток многоклеточных организмов.

Многоклеточные организмы состоят из клеток, имеющих принципиально одинаковое строение. Однако форма, размеры и структура клеток зависят от функций, которые они выполняют. Например, мышечные клетки удлиненные, клетки эпителиальной ткани расположены на базальной мембране, плотно прилегают друг к другу, межклеточное вещество почти отсутствует. Нервные клетки благодаря большому количеству отростков получили звездчатой ??формы. Лейкоциты подвижны, округлой формы, могут приобретать амебоиднои формы и т.д. Причем функционально специализированные клетки разных типов и видов имеют сходные структуру, форму и размеры. Таким образом, клетки животных очень разнообразны по размерам, структуре и функциям, которые они выполняют. Однако все клетки обязательно должны основные компоненты: цитоплазматическую мембрану, цитоплазму и ядро ??(за исключением эритроцитов и тромбоцитов, в которых ядро ??отсутствует). Основные типы клеток человека. Клетки человека - микроскопических размеров. Диаметр клеток колеблется от 0,01 до 0,1 мм (или от 10 до 100 мкм).

Объем большинства клеток человека находится в пределах 200 - 15000 мкм3. Диаметр мельчайших клеток человека (Эритроциты, тромбоциты) равен 4-5 мкм. Однако известны и довольно крупные клетки, которые можно увидеть невооруженным глазом. Величина клеток зависит от функций, которые они выполняют. Так, яйцеклетки благодаря накоплению в них питательных веществ достигают размеров до 150-200 мкм. Размеры клеток прямо не связаны с размером организма. Так, клетки печени и почек у человека, лошади, крупного рогатого скота и мыши имеют примерно одинаковый размер. Размеры органов, как и размеры целого организма животных и растений, зависят от количества клеток. Количество клеток, составляющих организм, является различной: от одного (у одноклеточных) или небольшой количества (у коловраток и круглых червей) ко многим миллиардов, как у большинства многоклеточных. Новорожденный человек содержит примерно 2 триллиона клеток, взрослый - 60-100 триллионов. Донор, сдает кровь, теряет 5-6 млрд. клеток. Ежедневно наш организм теряет и восстанавливает один процент своих клеток, то есть примерно 600 миллиардов. В организме человека есть различные клетки, различаются размерами, структурой и функциями. Сходны по структуре и функциям клетки, связанные единством происхождения, образуют ткани. Специализированные клетки образуют четыре типа тканей: эпителиальную, соединительную, г мышечную, нервную. Клетки, сохраняют характерные черты каждого типа ткани, могут в широких пределах изменяться как по структуре, так и по функциям.

Причем характер различий изменяется в процессе индивидуального развития организма. Важным фактором структурно- функциональных особенностей является взаимодействие клетки с другими клетками, тканями или удаленными клеточными системами через нервную систему или гуморальный связь. В каждой ткани есть клетки, сохраняют способность к делению. Часть из них после разделения начинает дифференцироваться и замещает клетки ткани, которые отмирают. Вторая часть клеток остается недифференцированной, способной к следующих разделов {стволовые клетки).

Стволовые клетки и их использование в медицине Изучение тонких механизмов эмбрионального развития организма млекопитающих из единственной клетки и процессов замещения поврежденных клеток здоровыми клетками во взрослом организме интенсивно развивалось за последние 20 лет прошлого столетия. В основе этого необходимого направления является исследование стволовых клеток. Стволовыми клетками (СК) считают Недиференцированные клетки, способные к самовосстановлению и продуцирования хотя бы одного типа високодиферен-рованы потомков.

Различают два типа СК - плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые получают с бластоцисты, и взрослые стволовые клетки - ограниченные ними (мультипотентных и унипотентни), которые обнаружены в различных тканях. Эти группы СК отличаются друг от друга и от их потомков по многим морфологическим признакам, локализацией, рецепторами поверхности, факторами транскрипции. Все СК, независимо от их происхождения, имеют общие свойства: способны к делению и самовосстановления протяжении длительного времени, они не специализированные, могут давать начало специализированным типам клеток. В отличие от нервных клеток, которые обычно не размножаются, СК могут восстанавливаться много раз. Процесс многократного обновления клеток называют пролиферацией. Начальная популяция СК, пролиферируют протяжении многих месяцев в лаборатории, может образовать миллионы клеток. Если конечные клетки продолжают быть неспециализова- ими, подобно родительских СК, то они считаются способными к длительному самообновлению. Одно из основных свойств СК - то, что они не имеют никаких тканинноспецифичних структур, которые позволили бы им выполнять специализированные функции. СК не может, как клетка сердечной мышцы, взаимодействовать с другими клетками, чтобы снабжать кровь к сосудов, она не может переносить молекулы кислорода, как эритроциты, и она не проводит электрохимические сигналы другим клеткам (подобно нервным клеток).

Ученые ищут факторы, которые позволяют СК оставаться недифференцированными. Нужно было много лет и ошибок, чтобы научиться культивировать СК в условиях лаборатории, препятствовать их спонтанном дифференцированию в определенные клетки. Только через 20 лет после создания лабораторных условий для выращивания СК мыши научились выращивать зародышевые СК человека. Важным участком научных исследований является изучение сигналов в тканях и органах взрослого организма, которые приводят к пролиферации популяции СК и оставляют их недифференцированными, пока они не станут нужны для регенерации определенной ткани. Это необходимо для того, чтобы вырастить большое количество неспециализированных СК в лабораториях для проведения экспериментов. Процессы, при которых неспециализированные СК дают начало специальным клеткам, называются дифференциацией. Только сейчас начинается изучение сигналов, которые запускают этот процесс. Их разделяют на внутренние и внешние.

Внутренние сигналы контролируются генами клетки, несущие закодированные инструкции для всех структур и функций клеток. Внешние сигналы включают химические вещества из других клеток, физический контакт с соседними клетками, некоторые молекулы внеклеточного среды. Исследование сигналов дифференцирования СК необходимо, поскольку с их помощью ученые могут вырастить клетки или ткани, которые можно использовать для лечения многих заболеваний. Пожилые СК продуцирующие клетки определенной ткани, в которых они находятся. Например, зрелые СК в костном мозге дают начало многим типам клеток крови. До недавнего времени считалось, что гемопоетические СК не могут давать начало дифференцированным клеткам других тканей, например, нервных. За последние годы многочисленными экспериментами показано, что СК происходят из одной ткани, а дают начало клеткам совсем другой ткани. Такой феномен получил название пластичности. Так, кроветворные клетки дают начало нейронам или клеткам сердечной мышцы, клетки печени трансформируются в клетки, продуцирующие инсулин. Активно изучается возможность использования зрелых СК в клинической практике. Существует большое разнообразие направлений, в которых СК человека могут использоваться в экспериментальном и клиническом исследованиях. Но есть много технических помех между потенциалом стволовых клеток и реализацией его использования, которые будут преодолены только длительным, интенсивным изучением.

Изучение СК человеческих зародышей может дать информацию о сложных процессах, происходящих протяжении развития человека. Цель этой работы состоит в том, чтобы выяснить, как недифференцированные стволовые клетки становятся дифференцированными. Преобразование генов на активные и неактивные важно в этом процессе. Некоторые из наиболее серьезных медицинских состояний, таких, как рак и пороки развития, является следствием патологического деления и дифференцировки клеток. Понимание генетических и молекулярных регуляторов этих процессов может дать информацию о том, как возникают такие заболевания, и предложить новые стратегии для терапии. Существенным препятствием использования СК является то, что не до конца выяснено сигналы, способствуют переходу определенных генов в активный и неактивное состояние, а также те, влияющие на дифференцировку стволовых клеток.

СК человека также могут использоваться для проверки новых лекарственных препаратов. Например, новые медикаментозные препараты могли бы быть проверены на безопасность с помощью дифференцированных клеток, полученных от человеческих плюрипо- тентных линий клеток. Другие виды линий клеток уже применяются в клинике.

Раковая клетка формирует, например, привыкание к лекарственным антиопухолевых препаратов. Но наличие плюрипотентных СК позволило бы осуществить проверку препаратов в более широком диапазоне типов клеток. Для эффективной проверки препаратов необходимо создать идентичные условия при сравнении различных лекарств. Несмотря на это, ученые должны будут точно уметь управлять дифференцированием СК в определенный тип клеток, на которых будут проверенные лекарства. Знание сигналов, контролирующих дифференцирования, недостаточно для того, чтобы суметь точно их сымитировать с целью получения последовательного идентичного дифференцировки клеток для каждого лекарственного средства, проверяется. Возможно, наиболее важным потенциальным применением человеческих СК является восстановление клеток и тканей, которые могли бы использоваться для терапии, основанный на клетках.

На сегодня донорские органы и ткани часто используются, чтобы изменить больную или разрушенную ткань, но потребность в тканях и органах для трансплантации превышает их доступное снабжение. СК, направленные на дифференцировку в определенные типы клеток, позволяют восстанавливать источники замены клеток и тканей с целью лечения заболеваний, в частности болезней Паркинсона и Альцгеймера, повреждения спинного мозга, кровоподтеков, ожогов, заболевания сердца, диабета, остеоартрита и ревматоидного артрита Например, возможно создание здоровых клеток сердечной мышцы в лаборатории с последующей трансплантацией их пациентам с хронической сердечной недостаточностью. Предыдущие исследования на мышах и других животных указывают на то, что СК костного мозга, которые были трансплантированы в поврежденное сердце, могут создавать клетки сердечной мышцы и успешно повторно заселять сердечную ткань. Другие недавние исследования в системах клеточных культур указывают на возможное направление дифференцированных зародышевых СК или зрелых клеток костного мозга в клетки сердечной мышцы.

У людей, больных диабетом первого типа, клетки поджелудочной железы, которые обычно продуцируют инсулин, разрушенные собственной иммунной системой пациента. Новые исследования указывают, что можно направлять дифференцировки человеческих зародышевых СК в клеточной структуре с целью формирования инсулин-продуцирующих клеток, которые могли бы использоваться в трансплантационной терапии больных диабетом. Для реализации многообещающих новых методов лечения, основанных на клетках, с целью лечения распространенных и истощающих заболеваний, специалисты должны обладать способностью легко и продуктивно управлять стволовыми клетками так, чтобы они имели необходимые характеристики для успешного дифференцировки, трансплантации и приживления. В дальнейшем требуются последовательные этапы успешного использования, базирующиеся на клетках, чтобы контролировать внедрение такого лечения в клинике.

Для трансплантации стволовые клетки должны иметь следующими свойствами:

• экстенсивно пролиферировать и производить достаточное количество тканей;

• дифференцироваться в желаемые типы клеток;

• сохранять жизнеспособность после трансплантации;

• объектом соединяться с окружающими тканями после трансплантации;

• функционировать для продления жизни реципиента;

• Не приносить повреждения реципиенту каким-либо образом. Кроме того, чтобы избежать проблемы иммунного отторжения, экспериментируют с различными стратегиями создание тканей.

Таким образом, лечение стволовыми клетками перспективное. Их применение ограничено техническими причинами и дороговизной, но накопленные результаты позволяют считать, что эти ограничения будут преодолены.