Амниотические стволовые клетки - Amniotic stem cells

Амниотические стволовые клетки являются смесью стволовые клетки которые можно получить из амниотическая жидкость [1][2] а также амниотическая оболочка.[3] Они могут развиваться в различные типы тканей, включая кожу, хрящи, сердечную ткань, нервы, мышцы и кости.[4] Клетки также имеют потенциальное медицинское применение, особенно при регенерации органов.[5]

Стволовые клетки обычно извлекаются из амниотической мешок к амниоцентез которое происходит без вреда для эмбрионов. Поэтому обычно считается, что использование стволовых клеток околоплодных вод лишено этических проблем, связанных с использованием клеток эмбрионов.[1]

В 2009 году первый американский банк амниотических стволовых клеток был открыт в Медфорд, Массачусетс, к Центр Биоячеек, международная компания, специализирующаяся на криоконсервации и частном хранении стволовых клеток околоплодных вод.

История

Наличие эмбриональных и фетальных клеток от всех ростковые отростки в околоплодных водах постепенно определялся с 1980-х гг. Гематопоэтические клетки-предшественники впервые были обнаружены в околоплодных водах в 1993 году, а именно до 12-й недели беременности. Было высказано предположение, что они произошли от желточный мешок.[1]

В 1996 году исследование показало, что негематопоэтические клетки-предшественники также присутствовали в амниотической жидкости. Позже это было подтверждено как мезенхимальные стволовые клетки были получены. Кроме того, доказательства показали, что эмбриональные стволовые клетки входят в состав жидкости, хотя и в очень небольших количествах.[1]

Примерно в то же время было установлено, что стволовые клетки амниотической мембраны также имеют мультипотентный потенциал. Как их дифференциация в нервный и глиальные клетки а также гепатоцит предшественников не наблюдалось.[1]

Характеристики

Большинство стволовых клеток, присутствующих в околоплодных водах, имеют много общих характеристик, что позволяет предположить, что они могут иметь общее происхождение.[1]

В 2007 году было подтверждено, что околоплодные воды содержат гетерогенную смесь мультипотентных клеток после того, как было продемонстрировано, что они способны дифференцироваться в клетки всех трех зародышевых листков, но не могут образовывать тератомы после имплантации в иммунодефицитный мышей. Эта характеристика отличает их от эмбриональных стволовых клеток, но указывает на сходство с взрослые стволовые клетки.[6] Однако эмбриональные стволовые клетки, полученные из околоплодных вод, более стабильны и пластичны, чем их взрослые аналоги, что упрощает их перепрограммирование в плюрипотентное состояние.[7][8]

Было разработано множество методов выделения и культивирования амниотических стволовых клеток. Один из наиболее распространенных методов изоляции включает удаление околоплодных вод путем амниоцентеза. Затем клетки извлекаются из жидкости на основании наличия c-Kit. Существует несколько вариантов этого метода. Существует некоторая дискуссия о том, является ли c-Kit подходящим маркером для отличия амниотических стволовых клеток от других типов клеток, поскольку клетки, лишенные c-Kit, также обладают потенциалом дифференцировки. Условия культивирования также могут быть скорректированы для стимулирования роста определенного типа клеток.[6]

Мезенхимальные стволовые клетки

Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) очень распространены в амниотической жидкости, и было описано несколько методов их выделения. Обычно они включают удаление околоплодных вод путем амниоцентеза, и их отличие от других клеток может быть основано на их морфология или другие характеристики.[1]

Лейкоцитарный антиген человека Было проведено тестирование, чтобы подтвердить, что МСК происходят от плода, а не от матери. Первоначально предполагалось, что МСК удаляются из эмбриона в конце их жизненного цикла, но, поскольку клетки оставались жизнеспособными в околоплодных водах и могли размножаться в культуре, эта гипотеза была опровергнута. Однако остается неясным, происходят ли клетки от самого плода, плаценты или, возможно, от самого плода. внутренняя клеточная масса из бластоциста.[1]

Сравнение МСК, полученных из околоплодных вод, с МСК, полученными из костного мозга, показало, что первые обладают более высоким потенциалом распространения в культуре. Однако культивируемые МСК, полученные из околоплодных вод, имеют сходный фенотип с МСК взрослого костного мозга и МСК, происходящими из ткани плода во втором триместре.[1]У животных МСК, по-видимому, обладают уникальным иммунологическим профилем, который наблюдали после их выделения и in vitro культивирование.[1]

Эмбрионоподобные стволовые клетки

В отличие от мезенхимальных стволовых клеток, эмбрионоподобные стволовые клетки не представлены в большом количестве в амниотической жидкости, составляя менее 1% образцов амниоцентеза. Эмбрионоподобные стволовые клетки первоначально были идентифицированы с использованием маркеров, общих для эмбриональных стволовых клеток, таких как ядерные 4 октября, CD34, виментин, щелочная фосфатаза, фактор стволовых клеток и c-Kit. Однако эти маркеры не обязательно экспрессировались одновременно. Кроме того, все эти маркеры могут встречаться сами по себе или в некоторой комбинации в других типах клеток.[1]

В плюрипотентность этих эмбрионоподобных стволовых клеток еще предстоит полностью установить. Хотя те клетки, которые экспрессировали маркеры, смогли дифференцироваться в мышца, адипогенный, остеогенный, нефрогенный, нервный и эндотелиальные клетки, это не обязательно происходило из однородной популяции недифференцированные клетки Свидетельством в пользу природы эмбриональных стволовых клеток является их способность производить клоны.[1]

Клинические применения

Использование амниотических стволовых клеток вместо эмбриональных стволовых клеток может быть выгодным в некоторых случаях по разным причинам, включая то, что первые не образуют тератом.[6] Их повышенная стабильность и пластичность по сравнению со взрослыми стволовыми клетками также может быть преимуществом.[7] Стволовые клетки из околоплодных вод и мембран используются для терапевтических подходов.[9][3]

Тканевая инженерия плода

Возможные области применения включают использование амниотических стволовых клеток для лечения плода. тканевая инженерия реконструировать врожденные дефекты младенцы. Это позволит избежать осложнений, которые часто связаны с получением стволовых клеток из ткани плода. Небольшое количество околоплодных вод обеспечивает достаточно большое количество клеток для процесса тканевой инженерии и может помочь исправить ряд дефектов, включая диафрагмальная грыжа и, возможно, восстановить преждевременный разрыв мембраны во время беременности. Если клетки заморозить и поместить в банки, их можно будет использовать для аналогичных целей в более позднем возрасте.[1]

Сердечно-сосудистая тканевая инженерия

Было проведено несколько исследований для изучения способности амниотических стволовых клеток дифференцироваться в сердечные клетки. Хотя клетки, отсортированные с помощью c-Kit, экспрессируют некоторые гены, общие для сердечных клеток, успех в этой области все еще ограничен.[6]Совместное культивирование, т.е. смешивание клеток и их посев, амниотических стволовых клеток человека с желудочковыми клетками новорожденных крыс миоциты (NRVM) заставил клетки сформировать функциональные щелевые соединения друг с другом, индикатор для сердечных клеток.[10] Однако эти результаты могут быть обусловлены специфическими особенностями NRVM или слияния клеток, а не собственным потенциалом амниотических стволовых клеток дифференцироваться в сердечные клетки. В целом, такие методы считаются потенциально значимыми, но требуются дальнейшие исследования.[6]

Еще одна интересная область - использование этих клеток для улучшения сердечной ткани после инфаркт миокарда. Несколько стратегий были протестированы на крысах, включая инъекцию диссоциированных амниотических стволовых клеток в область инфаркта, что дало противоречивые результаты нескольких исследовательских групп.[6] Напротив, инъекции агрегатов амниотических стволовых клеток, по-видимому, значительно улучшают функцию ткани за счет уменьшения размера области инфаркта и улучшения функции левого желудочка.[11][12] Кроме того, сосудистая сеть было показано, что плотность увеличивается.[12] Инъекция клеток сразу после инфаркта особенно полезна, поскольку клетки защищают сердечную ткань от дальнейшего повреждения.[13]

Более того, другие результаты подтвердили концепцию того, что секретом амниотических стволовых клеток может действовать как эффективный паракринный агент против Кардиотоксичность, вызванная доксорубицином,[14] подтверждая потенциальную важность этой клеточной популяции в области кардиологических исследований.

Ремонт травм почек

После открытия того, что амниотические стволовые клетки способны дифференцироваться в почечные клетки, это было дополнительно изучено в нескольких исследованиях.[7] Они показали, что in vitro клетки смогли способствовать раннему почка структуры, а также способность интегрироваться в ранние структуры почек ex vivo и продолжают свое развитие в зрелые нефроны.[15] Результаты, полученные при использовании амниотических стволовых клеток в послеродовой почки были гораздо менее обнадеживающими, поскольку вклад клеток в ткань был очень мал. Однако клетки были способны оказывать защитное действие на тубулярные клетки у мышей с острый тубулярный некроз.[16]

Амниотические стволовые клетки также можно использовать для лечения хронических повреждений. Это было показано на моделях мышей для Синдром Альпорта, где клетки продлевали выживаемость животных, замедляя прогрессирование болезни.[17] Такой же эффект наблюдался на моделях мышей, где амниотические стволовые клетки человека использовались для лечения уретральный препятствие.[18]

Этические соображения

Использование клеток плода вызывает большие споры, поскольку ткань обычно получают от плода после искусственный аборт. Напротив, фетальные стволовые клетки в околоплодных водах можно получить обычным способом. пренатальное тестирование без необходимости аборта или внутриутробного биопсия.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Фауза, Д. (2004). «Амниотическая жидкость и стволовые клетки плаценты». Лучшие практики и исследования в области клинического акушерства и гинекологии. 18 (6): 877–891. Дои:10.1016 / j.bpobgyn.2004.07.001. PMID  15582544.
  2. ^ Кананци, Мара; Атала, Энтони; Де Коппи, Паоло (2009). «Стволовые клетки, полученные из околоплодных вод: новые возможности регенеративной медицины». Репродуктивная биомедицина онлайн. 18 (Дополнение 1): 17–27. Дои:10.1016 / с1472-6483 (10) 60111-3. PMID  19281660.
  3. ^ а б Kim, E.Y .; Ли, КБ .; Ким, М. (2014). «Потенциал мезенхимальных стволовых клеток, полученных из амниотической мембраны и амниотической жидкости, для нейрональной регенеративной терапии». BMB Rep. 47 (3): 135–140. Дои:10.5483 / BMBRep.2014.47.3.289. ЧВК  4163884. PMID  24499672.
  4. ^ Антонуччи, Ивана; Иеззи, Ирэн; Морицио, Элисена; Мастранджело, Филиберто; Панталоне, Андреа; Маттиоли-Бельмонте, Моника; Гиганте, Антонио; Салини, Винченцо; Калабрезе, Джузеппе; Тете, Стефано; Палка, Джандоменико; Ступпия, Либорио (16 февраля 2009 г.). «Выделение остеогенных предшественников из околоплодных вод человека с использованием одностадийного протокола культивирования». BMC Biotechnology. 9: 9. Дои:10.1186/1472-6750-9-9. ЧВК  2654889. PMID  19220883.
    • Перин, Л; Джулиани, S; Джин, D; Седракян, С; Карраро, G; Habibian, R; Warburton, D; Атала, А; Де Филиппо, Р. Э. (декабрь 2007 г.). «Почечная дифференцировка стволовых клеток амниотической жидкости». Распространение клеток. 40 (6): 936–948. Дои:10.1111 / j.1365-2184.2007.00478.x. ЧВК  6495686. PMID  18021180.
    • Перин, Лаура; Седракян, Саргис; Да Сакко, Стафано; Де Филиппо, Роджер (2008). Характеристика стволовых клеток околоплодных вод человека и их плюрипотенциальные возможности. Методы клеточной биологии. 86. С. 85–99. Дои:10.1016 / S0091-679X (08) 00005-8. ISBN  9780123738769. PMID  18442645.
    • Пруса, Андреа-Романа; Мартон, Эрика; Рознер, Маргит; Беттельхейм, Дитер; Любец, Гент; Поллак, Арнольд; Бернашек, Герхард; Hengstschläger, Маркус (июль 2004 г.). «Нейрогенные клетки околоплодных вод человека». Американский журнал акушерства и гинекологии. 191 (1): 309–314. Дои:10.1016 / j.ajog.2003.12.014. PMID  15295384.
    • Шмидт, Дёрте; Ахерманн, Йозеф; Одерматт, Бернхард; Дженони, Микеле; Зунд, Грегор; Хорструп, Саймон П. (июль 2008 г.). «Криоконсервированные клетки, полученные из околоплодных вод: пожизненный источник аутологичных фетальных стволовых клеток для тканевой инженерии клапана сердца». Журнал болезней сердечного клапана. 17 (4): 446–455, обсуждение 455. PMID  18751475.
    • Siegel, N; Роснер, М; Hanneder, M; Фрейлингер, А; Hengstschläger, M (август 2008 г.). «Стволовые клетки околоплодных вод человека: новая перспектива». Аминокислоты. 35 (2): 291–293. Дои:10.1007 / s00726-007-0593-1. PMID  17710362.
  5. ^ Абди, Реза; Фиорина, Паоло; Адра, Чакер Н; Аткинсон, Марк; Сайег, Мохамед Х (июль 2008 г.). «Иммуномодуляция мезенхимальными стволовыми клетками: потенциальная терапевтическая стратегия при диабете 1 типа» (PDF). Сахарный диабет. 57 (7): 1759–1767. Дои:10.2337 / db08-0180. ЧВК  2453631. PMID  18586907.
    • Сентено, Кристофер Дж; Буссе, Дэн; Кисидей, Джон; Кеохан, Кристин; Фриман, Майкл; Карли, Дэвид (июнь 2008 г.). «Увеличение объема коленного хряща при дегенеративном заболевании суставов с использованием чрескожно имплантированных аутологичных мезенхимальных стволовых клеток». Врач боли. 11 (3): 343–353. PMID  18523506.
    • Fuchs, Julie R; Кавиани, Амир; О, Юнг-Так; ЛаВан, Дэвид; Удагава, Татуро; Дженнингс, Рассел В. Уилсон, Джей М.; Фауза, Дарио О. (июнь 2004 г.). «Реконструкция диафрагмы с использованием аутологичного сухожилия, созданного из мезенхимальных амниоцитов». Журнал детской хирургии. 39 (6): 834–838. Дои:10.1016 / j.jpedsurg.2004.02.014. PMID  15185207.
    • Хаузер, Петр V; Де Фацио, Роберта; Бруно, Стефания; Сдеи, Симона; Гранж, Кристина; Буссолати, Бенедетта; Бенедетто, Кьяра; Камусси, Джованни (октябрь 2010 г.). «Стволовые клетки, полученные из околоплодных вод человека, способствуют восстановлению после острого повреждения почек». Американский журнал патологии. 177 (4): 2011–2021. Дои:10.2353 / ajpath.2010.091245. ЧВК  2947295. PMID  20724594.
    • Кунисаки, Шон М; Фридман, Дебора А; Фауза, Дарио О. (апрель 2006 г.). «Реконструкция трахеи плода с помощью хрящевых трансплантатов, созданных из мезенхимальных амниоцитов». Журнал детской хирургии. 41 (4): 675–682, обсуждение 675–682. Дои:10.1016 / j.jpedsurg.2005.12.008. PMID  16567175.
    • Ле Блан, Катарина; Фрассони, Франческо; Болл, Линн; Локателли, Франко; Рулофс, Элен; Льюис, Ян; Ланино, Эдоардо; Сундберг, Берит; Бернардо, Мария Эстер; Рембергер, Матс; Дини, Джорджио; Эгелер, Р. Маартен; Бачигалупо, Андреа; Фиббе, Виллем; Рингден, Олле; Комитет по развитию Европейской группы трансплантации крови и костного мозга (10 мая 2008 г.). «Мезенхимальные стволовые клетки для лечения стероидорезистентной, тяжелой, острой болезни трансплантат против хозяина: исследование фазы II». Ланцет. 371 (9624): 1579–1586. Дои:10.1016 / S0140-6736 (08) 60690-X. PMID  18468541.
    • Паролини, Орнелла; Сончини, Маддалена; Евангелиста, Марко; Шмидт, Дёрте (март 2009 г.). «Амниотическая оболочка и клетки, полученные из околоплодных вод: потенциальные инструменты регенеративной медицины?». Регенеративная медицина. 4 (2): 275–291. Дои:10.2217/17460751.4.2.275. PMID  19317646.
    • Steigman, Shaun A; Ахмед, Азра; Шанти, Раби М; Туан, Роки С; Валим, Кларисса; Фауза, Дарио О. (июнь 2009 г.). «Восстановление грудины с помощью костных трансплантатов, созданных из амниотических мезенхимальных стволовых клеток». Журнал детской хирургии. 44 (6): 1120–1126, обсуждение 1126. Дои:10.1016 / j.jpedsurg.2009.02.038. ЧВК  3556735. PMID  19524727.
  6. ^ а б c d е ж Petsche Connell, J .; Camci-Unal, G .; Khademhosseini, A .; Жако, Дж. (2013). «Стволовые клетки, полученные из амниотической жидкости, для инженерии тканей сердечно-сосудистой системы». Тканевая инженерия. 19 (4): 368–379. Дои:10.1089 / ten.teb.2012.0561. ЧВК  3690092. PMID  23350771.
  7. ^ а б c Де Коппи, П., Мориджи, М. (2014). «Клеточная терапия повреждения почек: различные варианты и механизмы - мезенхимальные стволовые клетки и амниотическая жидкость». Нефрон Опыт Нефрол. 126 (2): 59–63. Дои:10.1159/000360667. PMID  24854642.
  8. ^ Moschidou, D .; и другие. (2012). «Вальпроевая кислота придает функциональную плюрипотентность стволовым клеткам амниотической жидкости человека без использования трансгенов». Мол Тер. 20 (10): 1953–1967. Дои:10.1038 / mt.2012.117. ЧВК  3464631. PMID  22760542.
  9. ^ Махла RS (2016). «Применение стволовых клеток в регенеративной медицине и трепевтике болезней». Международный журнал клеточной биологии. 2016 (7): 1–24. Дои:10.1155/2016/6940283. ЧВК  4969512. PMID  27516776.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  10. ^ Soker, S., Guan, X .; Дело, Д.М .; Аттала, А. (2011). «Кардиомиогенный потенциал стволовых клеток амниотической жидкости человека in vitro». J Tissue Eng Regen Med. 5 (3): 220–228. Дои:10.1002 / термин.308. ЧВК  2975013. PMID  20687122.
  11. ^ Ли, W.Y .; Wei, H.J .; Lin, W.W .; Yeh, Y.C .; Hwang, S.M .; Wang, J.J .; и другие. (2011). «Повышение удержания клеток и функциональные преимущества при инфаркте миокарда с использованием человеческих стволовых клеток из околоплодных вод, обогащенных эндогенным ECM». Биоматериалы. 32 (24): 5558–5567. Дои:10.1016 / j.biomaterials.2011.04.031. PMID  21555151.
  12. ^ а б Yeh, Y.C .; Ли, W.Y .; Yu, C.L .; Hwang, S.M .; Chung, M.F .; Hsu, L.W .; и другие. (2010). «Восстановление сердца с помощью инъекционных фрагментов клеточного листа стволовых клеток околоплодных вод человека в модели крыс с подавленным иммунитетом». Биоматериалы. 31 (25): 6444–6453. Дои:10.1016 / j.biomaterials.2010.04.069. PMID  20621766.
  13. ^ Bollini, S .; и другие. (2011). «Стволовые клетки околоплодных вод обладают кардиозащитным действием при остром инфаркте миокарда». Стволовые клетки Dev. 20 (11): 1985–1994. Дои:10.1089 / scd.2010.0424. PMID  21534857.
  14. ^ Лаццарини, Эдоардо; Бальби, Каролина; Альтиери, Паола; Пфеффер, Ульрих; Гамбини, Элиза; Канепа, Марко; Варесио, Луиджи; Боско, Мария Карла; Ковьелло, Доменико (21.07.2016). «Секретом стволовых клеток околоплодных вод человека эффективно нейтрализует кардиотоксичность, вызванную доксорубицином». Научные отчеты. 6: 29994. Bibcode:2016НатСР ... 629994Л. Дои:10.1038 / srep29994. ISSN  2045-2322. ЧВК  4956770. PMID  27444332.
  15. ^ Перин, Л .; и другие. (2007). «Почечная дифференцировка стволовых клеток амниотической жидкости». Cell Prolif. 40 (6): 936–948. Дои:10.1111 / j.1365-2184.2007.00478.x. ЧВК  6495686. PMID  18021180.
  16. ^ Перин, Л .; и другие. (2010). «Вклад стволовых клеток околоплодных вод человека в иммунодефицитную модель острого канальцевого некроза на мышах». PLOS ONE. 24 (2): e9357. Дои:10.1371 / journal.pone.0009357. ЧВК  2827539. PMID  20195358.
  17. ^ Седракян, С .; и другие. (2012). «Введение стволовых клеток околоплодных вод замедляет прогрессирование почечного фиброза». J Am Soc Nephrol. 23 (4): 661–673. Дои:10.1681 / ASN.2011030243. ЧВК  3312511. PMID  22302195.
  18. ^ Sun, D .; и другие. (2013). «Терапевтические эффекты стволовых клеток человека из околоплодных вод на почечный интерстициальный фиброз на мышиной модели односторонней обструкции мочеточника». PLOS ONE. 8 (5): e65042. Bibcode:2013PLoSO ... 865042S. Дои:10.1371 / journal.pone.0065042. ЧВК  3665750. PMID  23724119.