Способность к самообновлению и пролиферации, т. е. к длительному (возможно, больше продолжительности жизни человека) размножению и продукции большого количества себе подобных клеток.
С этой точки зрения стволовые клетки, хранящиеся и размножающиеся в культуре ткани можно условно называть «бессмертными». СК способны к так называемому «асимметричному делению».
При симметричном делении происходит логарифмическое нарастание количества дочерних клеток, идентичных друг другу и сохраняющих все характеристики родительской клетки.
При ассиметричном делении одна клетка остается стволовой, а другая становится более или менее детерминированной. Происходит линейное накопление количества клеток.
В тканях взрослого организма потомство стволовой тканевой клетки становится все более дифференцированным (подвергается дифференцировке), частично сохраняя способность к пролиферации, и является основным источником восстановления тканей.
Способность СК к дифференцировке и трансдифференцировке. Процесс дифференцировки запускается с прикрепления стволовых клеток друг к другу или к подложке (если речь идет о выращивании стволовых клеток в культуре ткани), так как рецепторы адгезии и цитоскелет клеток играет большую роль в передаче сигнала к началу дифференцировки из внеклеточной среды в клеточное ядро.
В настоящее время изучено ограниченное число факторов, обеспечивающих направленную селективную дифференцировку эмбриональных стволовых клеток. Так, например, ретиноевая кислота индуцирует нейрогенез, Р-TGF (трансформирующий фактор роста) стимулирует образование мышечных клеток, ИЛ-6 (интерлейкин-6) и ИЛ- 3 (интерлейкин-3) — образование элементов крови, ВМР-2 (морфогенетический протеин кости— Bone Morphogenetic Protein) — образование эпителиальных клеток.
Ведутся эксперименты по применению комбинаций ростовых факторов для направленной селективной дифференцировки стволовых клеток. Для образования дифференцированных клеток специфических типов — миокарда, крови, нервных и других — изучается возможность контроля за дифференцировкой ЭСК.
Дифференцировка ЭСК начинается при смене среды, добавлении сыворотки и элиминации LIF (лейкемического ингибирующего фактора) из среды.
В качестве химических сигналов, позволяющих осуществлять целенаправленную дифференцировку ЭСК, применяют разнообразные факторы роста — преимущественно белки, участвующие на ранних стадиях в формировании разных клеточных типов. Например, активин А индуцирует преимущественно мезодерму и главным образом мышечные клетки (скелетные и сердца).
Эпидермальный фактор роста индуцирует мезодерму и эктодерму (специфичен для клеток кожи), а фактор роста нервов воздействует на мезодерму, эктодерму и энтодерму (специфичен для клеток печени и поджелудочной железы).
С точки зрения эмбриологии детерминация однонаправленный процесс. Термин описывает репрограммирование клетки, которая вступила на путь дифференцииации.
Однако в настоящее время доказано, что достаточно детерминированные тканевые клетки предшественники одной ткани способны дифференцироваться в зрелые, окончательно дифференцированные клетки другой ткани.
Например, костный мозг взрослого человека содержит минимальное количество недифференцированных стволовых клеток, обладающих достаточной пластичностью для того, чтобы давать потомство, способное дифференцироваться в самые разные типы зрелых клеток в зависимости от микроокружения. Это превращение можно рассматривать не как трансдифференцировку, а скорее как пластичность.
Практическим следствием способности СК к делению и дифференцировке является их пластичность, т. е. способность продуцировать потомство, которое может приобретать фенотипические черты зрелых клеток различных тканей.
Термин тотипотентность закреплен за клетками, которые могут служить источником как всех тканей организма, так и плаценты.
Термины плюрипотентность и мультипотентность с точки зрения диагностики являются синонимами, т. к. относятся к клеткам, способным приводить к появлению клеток, дифференцированных в самых разных направлениях. Они являются предшественниками для СК развивающихся органов.
Трансдифференцировка зрелых клеток
Во взрослом организме клетки, ответственные за обновление тканей, не являются тотипотентными и способны формировать дифференцированные ткани. Так, соматические СК бронхиального эпителия дают потомство клеток, которые могут становиться нейроэндокринными, мукозными или реснитчатыми клетками, а при патологических условиях могут трансдифференцироваться даже в ороговевающий эпителий.
Гемопоэтические и/или стромальные СК костного мозга в норме способны давать начало предшественникам самых разных клеток, включая эритроциты, тромбоциты, гранулоциты, моноциты, лимфоциты и даже эндотелиальные клетки.
Интересно, что в костном мозге, коже и других интенсивно пролиферирующих тканях СК обычно не делятся и находятся в состоянии покоя, а обновление этих тканей осуществляется пролиферацией дочерних клеток, продолжающих процесс дифференцировки.
Завершением этого процесса является появление окончательно дифференцированных клеток, таких как гранулоциты крови, ороговевающие эпителиальные клетки кожи. СК обладают способностью при определенных условиях дифференцироваться в ткани эктодермального, мезодермального и эндодермального происхождения.
Основным источником роста, восстановления и регенерации соматических тканей в настоящий момент принято считать костный мозг, клетки которого, как было доказано в экспериментальных исследованиях, могут давать начало всем тканям таких органов, как сердце, легкие, кишечник, печень, кожа, мозг и др. И это является нормальным физиологическим процессом, постоянно протекающим в организме взрослого человека.
Таким образом, в течение всей жизни индивидуума в организме сохраняются СК, обладающие мультилинейным потенциалом дифференцировки, а КМ представляет собой резервуар мультиплюрипотентных стволовых клеток, которые могут покидать КМ и попадать в другие ткани.