ҰЛПАЛЫҚ ИНЖЕНЕРИЯ

Клеткалық және ұлпалық инженерия туралы түсінік

8 дәріс

Ұлпалар мен ағзалардың регенерация механизмдерін зерттеу, органның немесе жүйенің жоғалған қызметін қалпына келтіретін жаңа технологияларды іздеу биотехнология мен медицинаның түйіскен жерінде пайда болған жаңа бағыттың яғни ұлпалық инженериянің пайда болуына әкелді - (регенеративті медицина және органогенез) . Бұл ғылымдар органдар мен ұлпалардың de novo құрылуын зерттейді. Олар ақаулы жерлерге функциональды жасушаларды трансплантациялау принципіне негізделген.

Медицинаның болашағы бүгінде зақымдалған мүшені өзгертпей, оның жасушалық құрамын «жаңартуға» мүмкіндік беретін жасушалық технологиялардың дамуымен тікелей байланысты. Мүшенің құрылымдық-функционалдық элементтерінің мұндай «жаңаруы» органдарды трансплантациялау сияқты мәселелерді шешуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл технология транспланттациялық емдеудің мүмкіндіктерін едәуір кеңейтеді, оны пациенттердің әртүрлі санаттарына ұсынады. Жаңа реконструктивті технологияларды дамытудың негізі микроортаға байланысты әр түрлі типтегі ұлпаларды қалыптастыруға қабілетті функциональдық жасушалар болып табылады. Жасушалық технологияны қолданып емдеуге болатын аурулардың тізімі қазіргі уақытта тез өсуде.

Жасушалық технологиялардың даму тарихы

Өткен ғасырдың басында жасушаларды жануар ұлпаларынан бөліп алып, оларды организмнен тыс жерде, яғни in vitro жағдайында өсіру мүмкіндігі дәлелденді. Мұндай жасушаларда вирустарды өсіру әдістерін игеру және енгізу жасушалық технологиялардың дамуының екінші кезеңі болды. Келесі кезеңнің басталуы жануарлар жасушаларында көп мөлшерде вирустық материалдарды алудың нақты мүмкіндігі дәлелденген сәттен басталады. Осы әдістерді дамыту нәтижесінде жасушалардағы нақты гендерді клондау және олардың экспрессиясын алу, сонымен қатар бір жасушадан культурада жасуша популяциясын өндіруді ұйымдастыру мүмкін болды.

Жасушалық технологиялар әр түрлі тәсілдер мен әдістерді қамтиды, олардың ішінде микробтардың ластануынан тыс жасушаларды алу; органдардың әр түрлі ұлпаларынан бөлініп алынған жасушалардың өсуі мен даму мүмкіндігі; культурадағы клеткалардың күйін олардың динамикасы, соның ішінде ағынды дақылдау жағдайында бағалаудың әдістерін пайдаланады.

Клод Бернар жасушаларды жануар ұлпаларынан бөліп алып, содан кейін олардың in vitro өсуі мен көбеюіне жағдай жасау мүмкіндігі туралы идеяны ұсынды. Ол тірі ағзаларға ұқсас бір жасуша қоршаған ортаның өзгеруіне қарамастан ішкі жағдайлардың тұрақтылығын сақтай алады деп ұсынды.

Харрисон (R. Harrison) - ұлпаларды дақылдау әдісінің негізін қалаушы

1907 жылы ол бақа эмбриондарының жасушаларын (бірнеше апта бойы) лимфа тромбында сәтті өсірген.

Алғаш рет in vitro жүйесінде нейрондардың медулярлық түтіктің фрагментінен пайда болғандығын көрсетті, яғни ұлпаның жетілуі және дифференциациясы жүрді.

Харрисонның сіңірген еңбегі -ұлпаларды өсірудің әдісін тәжірибеге енгізді, оның дамуының негізгі жолдарын атап өтті және осы білім саласында зерттеушілерді тәрбиеледі

Алекс Каррель (A. Carrel)

Бірінші рет тауық фибробласттарының дақылын алды, оның өсуі 24 жыл бойы қолдау тапты

1906 жылы ол ағзаны трансплантациялау әдістемесін жасады, бір жануардан қан тамырларын, бүйректерін, тұтас мүшелерді трансплантациялаудың жетілдірілген әдістерін жасады

1912 жылы - физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын қан тамырларын тігу және мүшелерді трансплантациялаудағы еңбегі үшін алды

Алғаш рет культурадағы клеткалық клондарды бір клеткадан Эрл және оның әріптестері 1948 жылы бөліп алды. Игл өткен ғасырдың ортасында дақылдардағы жасушалардың қоректік қажеттіліктерін белсенді зерттеді. Қатерлі ісіктерден оқшауланған немесе өсіру кезінде өзгерген жасушалар «өлмейтін» сипатымен ерекшеленеді және гетероплоидиямен корреляцияланады.

Хела жасушалары

Жануарлар жасушаларының алғашқы суспензия дақылдары, әдетте, қатерлі ұлпалардың жасушаларына негізделген. Бұл адамның жатыр мойны обырынан оқшауланған HeLa жасушалары. Трансплантацияланған жатыр мойны обыры жасушаларын 1952 жылы Джей және оның әріптестерімен бөліп алған, ол әлі күнге дейін әлемнің көптеген зертханаларында қолданылады.

1961 - Хейфлик пен Мурхед (L. Hayflick,

P. Moorhead) адамның фибробласттарын өсіруде жасушалардың бөліну санын шектейтін (50-60 аспайтын) қартаю механизмі бар екенін көрсетті.

Кейінірек бұл құбылыс жасушалардың теломеразды белсенділігіне негізделгені көрсетілді.

Хейфлик Шектеуі - соматикалық жасушалардың бөліну санының шегі. Бұл шек адамның және жануарлардың басқа да толық дифференциацияланатын жасушаларының дақылдарында табылған. Бөлудің максималды саны жасушалардың түріне байланысты, ал одан да көп организмге байланысты ерекшеленеді. Адам жасушаларының көпшілігі үшін Хейфликтің шегі 52 бөлінуді құрайды.

Адамның диплоидты жасушаларын өсіру тарихындағы келесі кезең олардың генетикалық тұрғыдан тұрақты және барлық белгілі жасырын және онкогенді вирустардан бос екендігін анықтаумен байланысты. Сондықтан адамның диплоидты жасушалық линияларды адамдарға арналған өнімдер алу үшін пайдалануға рұқсат етіледі. Бұл догма қазіргі уақытта өз күшін сақтайды, дегенмен одан әрі жүргізілген зерттеулерде Рус саркомасы және молоней саркомасы вирусы сияқты онкогенді вирустарда кездесетін потенциалды онкогендердің қалыпты тіндерінен оқшауланған клеткаларда болатындығы анық көрсетілген.

Қазіргі уақытта кез-келген адам мен жануарлардың жасушаларын дақылдау мүмкін және осылайша көптеген зерттеулерде құрал және объект ретінде қызмет етеді. Жасушаларды өсірудің арқасында зерттеу мен диагностиканың мүмкіндіктері шексіз кеңейеді, өйткені морфологиялық және биохимиялық өзгерістерді ғана емес, сонымен қатар жасушалардың мінез-құлқындағы өзгерістерді, олардың әртүрлі агенттерге реакциясын, соның ішінде дәрі-дәрмектің әсерін бағалауға болады.

Келесі элементтер көбінесе дақылданады:

Адам эндотелиоциті

Адамның сүт безі қатерлі ісігі жасушасы

Адамның эпителиоциты

Тышқан фибробласты

Жасушалар көздері

Жасушалық технологиялар мен ұлпалық инженерия жетістіктерінің маңызды элементі - бұл фенотипті саралауға, сақтауға және нақты биологиялық функцияларды орындауға қабілетті функционалды белсенді жасушалардың қажетті санының болуы. Дифференциалдау кезінде жасушалар тиісті ұйым мен құрылымның жасушадан тыс матрицасын (ақуыздардың, атап айтқанда, коллагеннің негізінде) түзіп, цитокиндер мен басқа сигнал беретін молекулаларды бөліп шығарып, сонымен қатар көрші жасушалармен немесе тіндермен өзара әрекеттесуі керек. Осыған байланысты ұлпа инженериясының бірінші міндеті - функционалды белсенді жасушалардың тұрақты және қол жетімді көзін іздеу

Реконструктивті терапияға мұқтаж пациенттен немесе жақын туысқандарынан тиісті жасушаларды қолдануға болады, яғни аутогенді жасушаларды қолдану. Мысалы, белгілі бір адамның буынын қалпына келтіру үшін оған өзінің хондроциттерінің қолданылуы мүмкін. Жасушалардың спецификалық емес түрлерін, мысалы, ұлпалық инженерияда жүрек қақпақшаларын салу үшін тері фибробласттарын қолдануға болады.

Реконструктивті медицинаның жасушалық технологиялары әр түрлі шығу тегі бар жасушалардың түрлерін, соның ішінде бастапқы жасушалар мен бағаналы жасушаларды қолдана алады.

Бастапқы жасушалар - белгілі бір ұлпаның жетілген жасушалары. Мұндай жасушаларды хирургиялық араласу кезінде донор организмінен бөліп алуға болады. Имплантациялау үшін донордан алынып, реципиентке берілетін бастапқы жасушалар ең қажет клеткалар болып табылады, өйткені олар иммунологиялық үйлесімділіктің ең жоғары мүмкіндігіне ие. Алайда, бастапқы жасушалар, әдетте, бөлінбейтін жасушалар болып табылады, яғни бөлінуге қабілетсіз немесе олардың көбеюі мен өсу қабілеті төмен. Мұндай клеткалардыin vitro арқылы өсіргенде, оларды өсіру кезінде жасушалардың кейбір түрлерінің дифференциалдануға бейімділігі мүмкін, нәтижесінде клеткалар сәйкес фенотипін жоғалтады. Сонымен, хондроциттер ағзадан тыс дақылдау кезінде мөлдір шеміршекті емес, көбінесе талшықты түзеді. Бастапқы жасушаларға тән бұл жағымсыз тенденциялар мен көріністер жасушалық инженерия технологияларын дамыту үшін жасушалардың баламалы көздерін іздеу қажеттілігін көрсетті. Бағаналы жасушалары осындай балама болды.

Бағаналы жасушалар

Бағаналы жасушалар дегеніміз - мамандандырылған жасушалардың бір немесе бірнеше түріне бөлінуге, өздігінен жаңаруға және дифференциалдануға қабілетті жасушалар. Олар «ересек» бағаналы жасушалар мен «эмбриондық» бағаналы жасушалар деп бөлінеді. Қазіргі бағаналы жасушаларды зерттеудің негізгі бағыты - бағаналы жасушаларды қажетті жасуша түрлеріне дифференциалдау үшін өсу жағдайларын және ынталандыру факторларын табу. Ұлпалардың белгілі бір түрін алу үшін, ең алдымен, қажетті тіннің пайда болуына ең қолайлы бағаналы жасушасын таңдау керек.