Часто возникает вопрос о степени дифференцированности стволовых клеток. Стволовые клетки взрослого организма менее дифференцированы, чем специализированные клетки, которым они дают начало, но более дифференцированы, чем их предшественники из эмбриональных тканей. Поэтому правильнее было бы считать, что дифференциация стволовых клеток соответствует тому микроокружению (нише), в котором они находятся.
Стволовые клетки способны продуцировать дочерние клетки, которые в дальнейшем дают начало различным линиям дифференцированных клеток. Моррисон с соавт. считает, что стволовые клетки способны производить все дифференцированные клетки, которые возможны в конкретной ткани и в конкретное время.
Обычно стволовые клетки производят дочерние клетки, которые способны дифференцироваться в разных направлениях, давать разные линии клеток, что обозначается термином "мультипотентность". Например, гемато-поэтические стволовые клетки дают начало всем линиям клеток крови.
Но могут быть стволовые клетки, которые дифференцируются только в одном направлении (монопотентность), например герминативные стволовые клетки, производящие гаметы одного пола. Чаще всего используют две классификации стволовых клеток:
- По способности к дифференцировке
- По источнику их происхождения или выделения
Тотипотентные СК (от лат. totus — полный, единый). Эта единственная клетка воспроизводит все органы эмбриона и необходимые для его развития структуры — плаценту и пуповину. К ним относятся только оплодотворённый ооцит и бластомеры 2–8 клеточной стадии.
Термин «плюрипотентный» используют для описания клетки, которая может быть источником клеток, производных любого из 3 зародышевых листков (эктодермы, энтодермы, мезодермы). К ним относятся ЭСК, первичные половые клетки и клетки эмбриональных карцином.
Мультипотентные СК способны образовывать специализированные клетки нескольких типов (например, клетки крови, клетки печени, головного мозга).
Унипотентные СК — это клетки, дифференцирующиеся в обычных условиях только в специализированные клетки определенного типа.
Стволовые клетки взрослого организма унипотентны, то есть, способны образовывать клетки только определенных тканей (крови, нервной системы и т. п.). Однако в последнее время в научной печати стали появляться сообщения о так называемой «направленной дифференцировке» (трансдифференцировке) стволовых клеток взрослого организма. Из стволовых клеток костного мозга взрослого организма удалось в результате генетического перепрограммирования получать нервные, мышечные и другие клетки.
По происхождению и источнику выделения СК можно разделить на следующие группы:
Эмбриональные стволовые клетки получают из внутренней клеточной массы бластоциста, которые формируется к 4–7-му дню развития после оплодотворения. Эти СК способны дифференцироваться во все типы клеток взрослого организма. Основным источником ЭСК является абортивный материал или материал, оставшийся послеискусственного оплодотворения.Обнаружение и выделение СК происходит с помощью маркеров (наличие на поверхности этих клеток специфических белков). Существует серия поверхностных маркеров, характеризующих плюрипотентные ЭСК человека. К ним относятся ранние эмбриональные антигены SSEA-3 и SSEA-4.
Характеристики ЭСК:
- повышенная активность теломеразы;
- нормальный кариотип;
- способность к интенсивной пролиферации;
- минимальное количество рецепторов;
- тотипатентность с возможностью дифференцировки в любую клеточную линию;
- рост клонами.
Фетальные СК получают из абортивного материала на 9–12 неделе беременности. Фетальные стволовые клетки — это смесь мультипотентных и унипотентных стволовых клеток.
СК пуповинной и плацентарной крови (СКП). Источником стволовых клеток с огромным потенциалом является плацентарно-пуповинная кровь. Шанс сохранить СК новорожденного ребенка дается только один раз в жизни — во время родов. В противном случае и пуповина, и плацента подвергнутся «утилизации», то есть будут уничтожены. Эта же участь постигает и уникальную пуповинную кровь.
Сохранение СК можно рассматривать, как одну из форм «биологического» медицинского страхования — однажды полученные СК могут храниться десятилетиями. В случае необходимости, их останется только извлечь из криогенного хранилища и разморозить, не тратя время и средства на поиск и приобретение донорских клеток. Эти СК можно использовать для восстановления любых тканей и органов и лечения разных заболеваний. СК можно использовать и при близкородственной трансплантации.
СК, выделенные из пуповинной крови, не экспрессируют HLA-DR-антигены. В пуповинной крови есть небольшая популяция CD34+ клеток (около 1 %), не несущих линейных антигенов (CD34+/Lin–).
СК пуповинной крови являются плюрипотентными и имеют целый ряд преимуществ перед клетками из костного мозга и периферической крови. Они менее зрелые, обладают наибольшим потенциалом к делению и дифференцировке. Вероятность инфицирования пуповинной крови минимальная. СК пуповинной крови характеризуются меньшей иммуногенностью при аллогенных трансплантациях, поэтому могут быть использованы при неполной совместимости по HLA-антигенам.
Вопрос об оптимальном количестве трансплантируемых клеток пуповинной крови, необходимом для приживления в организме реципиента, до сих пор не решен. Существенный недостаток трансплантации пуповинной крови — малое количество СК, содержащееся в образцах.
Лишь в каждом четвертом образце пуповинной крови стволовые клетки находятся в количестве, достаточном для трансплантации взрослому пациенту.
Один из вариантов выхода из этого положения — размножение стволовых клеток в условиях культуры, что таким образом и увеличивает массу трансплантата in vitro. Исследования, проведенные в области гемопоэтической дифференцировки СК пуповинной крови, позволили получить различные типы клеток крови.