ЭСК дают единственную экспериментальную возможность изучить аномалии органогенеза человека, так как в данном случае развитие млекопитающих имеет свои особенности. Они выделяются из ранних эмбрионов, или полового зачатка 5-недельных эмбрионов, или бластоцисты (4-7 день развития), или же опухолевой линии так называемой тератокарциномы.

Благодаря делению СК тканей обновляются структуры этих тканей. В базальном слое эпидермиса находятся СК эпидермиса, в криптах кишечника – СК кишечника, а в красном костном мозге – СК крови. Высокодифференцированныс клетки кардиомиоциты (клетки, входящие в состав сердечной мышцы) и нейроны (клетки нервной системы) утрачивают способность к делению и не способны размножаться ни при каких обстоятельствах, в то время как менее дифференцированные клетки, фибропласты, синтезирующие структуры соединительной ткани, и гепатоциты – клетки печени – частично сохраняют эту способность и при определенных условиях митотически увеличивают свое число. То есть, если клетка выходит на этап дифференцировки, то количество делений, которое она может пройти, ограничено. Здесь действует лимит Хейфлика†††. Повторяющиеся последовательности ДНК хромосом (теломеров) при воспроизведении генетического материала частично утрачиваются с каждым последующим делением. После того, как теломеры утрачены полностью, клетки оказываются неспособными к дальнейшему размножению (например, для фибробласта лимит Хейфлика составляет 50 делений, для СК крови – 100). С одной стороны, лимит Хейфлика ограничивает возрастание количества СК, с другой – в случае патологии в геноме клетки, мутация будет растиражирована в ограниченном количестве и не сыграет большой роли для организма в целом. Эмбриональная же СК отличается от других клеток тем, что для нее лимит Хейфлика неисчерпаем (это обусловлено) и клетка может делиться бесконечно, т.е. обладает фактическим бессмертием (иммортальностью).

В геноме человека и млекопитающих обнаружено около 14500 генов эмбриогенеза. Эти гены обеспечивают построение всех специализированных клеточных линий, собранных в органы и функциональные единицы тканей. Так как в геноме низших и беспозвоночных отсутствуют 12 тыс. «архитектурных» генов, то их принадлежность к эмбриогенезу совершенно очевидна. Созревание ЭСК в специализированные клеточные линии происходит с участием трез зародышевых листков (о чем мы уже упоминали выше). Зародышевый листок состоит из слоя клеток зародыша, который обособляется в процессе превращения однослойного зародыша в двухслойный, а у позвоночных – в трехслойный (гаструляция). Различают 3 зародышевых листка – эктодерму (наружный листок), энтодерму (внутренний листок) и мезодерму (средний зародышевый листок находится между экто- и энтодермой).

Со стадии образования крупных эмбриоидных телец происходит включение первых генов экто- энто- и мезодермы in vitro. Если перенести клетки в культуральную чашку, создав специальные условия, то начнется спонтанная смешанная дифференцировка клонов. Однако спонтанная дифференцировка нейронов, кардиомиоцитов, клеток кроветворения идет по укороченной программе без предварительного накопления и размножения региональных СК. Дифференцировка эмбриоидных телец был а изучена в культуре ЭСК. Сначала происходит образование временных провизорных органов, в которых аккумулируются, хранятся региональные СК, а затем пересылаются в результате согласованных действий экто-, мезо- и энтодермы с мезенхимой. В суспензиях же ЭСК дифференцировка клеток идет в обратном порядке: наружный слой дифференцируется в энтодерму, средний слой – в мезодерму, а «ядро» клона – в эктодерму. Многие отделы мозга, костно-лицевого черепа, периферическая нервная система, проводящая система сердца, тимус собраны из «пришлых» клонов клеток, поэтому маркировка клеток по ранним генам зародышевых листков помогает составить топографию миграции провизорных клеток в развивающемся зародыше. Функционирование ранних генов зародышевых листков идет в культуре неупорядоченно, зачастую лишь фрагментами программы. Желточный мешок является источником региональных СК кроветворения, эндотелия, герментативного эпителия, СК мышечной системы. Образование временных провизорных органов для аккумуляции, хранения и пересылки региональных СК происходит в результате согласованных взаимодействий экто-, мезо- и энтодермы с мезенхимой.

В 1998 г. Д. Томпсон (США) из 4-5 дневной бластоцисты (раннего эмбриона) человека создал 10 клонов бессмертных ЭСК. Источником их послужили зародыши, остающиеся невостребованными при оплодотворении. ЭСК сохраняли высокий теми клеточного деления и способность дифференцироваться в любую из 350 специализированных линий производных эктодермы, мезодермы и энтодермы (плюрипотентносгь). В это же время коллективом ученых во главе с Д. Герхартом (США) были впервые изолированы бессмертные линии половых прогениторных клеток из полового зачатка 4-5 недельного плода.

А знаете ли вы?

По данным USA, сегодня странами-обладателями клонов ЭСК являются: США, Швеция, Австралия, Индия, Израиль.

ЭСК дают возможность постепенно отказываться от донорских органов. Медики получают уникальную практически неиссякаемую, возможность создавать клеточные трансплантации. Быстрыми темпами развивается фармакогеномика и биология репродукции человека. Идея лечить клетками поистине революционна и ее развитие даст возможность человечеству перешагнуть рубеж существующей сейчас средней продолжительности жизни.