Создание линий эмбриональных стволовых клеток

Эмбриональные стволовые клетки получают из яйцеклеток, которые были оплодотворены в результате процесса оплодотворения in vitro (искусственного оплодотворения). Искусственное оплодотворение с использованием спермы мужчины и яйцеклетки женщины проводят вне организма человека, что увеличивает шанс оплодотворения. Образующиеся в результате оплодотворения зиготы имплантируются в матку женщины, которая, как правило, является донором яйцеклетки, хотя это и необязательно. Первый ребенок, родившийся в результате искусственного оплодотворения, появился на свет в 1978 году в Англии, и с тех пор по настоящее время искусственное оплодотворение является широко принятой практикой. Применение искусственного оплодотворения позволило многим бездетным парам иметь детей. Кроме решения проблем бесплодия, искусственное оплодотворение все чаще используется в иных целях, например при селекции по половому признаку.

В коммерческих целях искусственное оплодотворение используется при разведении крупного рогатого скота. Зиготу получают в лабораторных условиях посредством искусственного оплодотворения и затем замораживают. Зиготы в замороженном состоянии можно перевозить на далекие расстояния перед имплантацией коровам, что намного удобнее, чем перевозить телят после их рождения естественным путем.

Чтобы в результате искусственного оплодотворения родился один-единственный ребенок, должны быть оплодотворены много яйцеклеток. В большинстве случаев за один сеанс можно оплодотворить до восьми яйцеклеток, из которых только две будут имплантированы в организм будущей матери. Остальные яйцеклетки на стадии шести -восьми клеток замораживаются в жидком азоте. По существующим в настоящее время оценкам, в США сохраняется подобным образом 400 тыс. эмбрионов. Из них 2,8% были предоставлены для научных исследований. Влияние замораживания на эмбрионы остается до сих пор неизвестным, и многие эмбрионы не выживают после данной процедуры. Однако часть замороженных и впоследствии имплантированных эмбрионов развиваются в жизнеспособный плод.

Чтобы создать линию стволовых клеток, исследователи заставляют размороженную зиготу делиться и расти до стадии бластулы. Очевидно, что эмбрионы не выживают после этих манипуляций. Эмбриональные стволовые клетки являются иммортальными, что означает, что они будут расти и делиться неограниченно долго. Клеточная линия подобна закваске в холодильнике. Если вы правильно храните ее и внимательно за ней присматриваете, то можете взять небольшую ее часть, чтобы получить новую партию закваски. Некоторые эмбриональные стволовые клетки человека могут претерпевать 300 — 400 делений. Эмбриональные стволовые клетки мыши существуют в культуре несколько десятилетий.

Одна из характерных особенностей клеточных линий, о которой говорят исследователи, заключается в том, что клеточные линии имеют тенденцию «выходить из игры», и время от времени они должны заменяться новыми клетками. Это заключение основывается на наблюдениях над другими типами клеточных линий, например фибробластами человека, которые поддерживались в культуре в течение продолжительного периода времени. Возможно, необходимо постоянно создавать новые эмбриональные клеточные линии, предназначенные для замены старых, клетки которых уже не способны к делению. В других клеточных культурах клетки, которые поддерживались в культуре длительное время, накапливают мутации, что снижает их жизнеспособность.

Линии эмбриональных стволовых клеток человека очень слабые, поэтому их создание требует большого искусства (рис. 9.3). Они имеют тенденцию превращаться в более дифференцированные клетки. По существующей в настоящее время технологии дифференцировка предотвращается при культивировании на субстрате, содержащем эмбриональные фибробласты мыши в присутствии коровьей сыворотки. Необходимость в таких «фидерных клетках» — серьезная проблема при желании ввести эмбриональные стволовые клетки в человека в терапевтических целях. В этом случае клетки человека будут загрязнены продуктами или вирусами, попавшими туда из клеток мыши и/или коровьей сыворотки. В 2007 году исследователи сообщили о возможности замены животного компонента для роста эмбриональных стволовых клеток сходным человеческим компонентом. Однако потенциальная возможность загрязнения многих существующих линий эмбриональных стволовых клеток человека все еще остается.

Рис. 9.3. Создание линий эмбриональных стволовых клеток человека

Если эмбриональные стволовые клетки человека удалить с фидерных клеток, они образуют так называемые эмбриональные тельца и продолжают дифференцироваться случайным образом, образуя клетки костной, мышечной ткани или сердечной мускулатуры — все в виде шара. После ввода в организм мыши на этой стадии они формируют тип опухоли, который получил название тератомы. Тератомы — опухоли, которые иногда образуются в матке после гибели плода. Они состоят из случайного смешения тканей различных типов. Тот факт, что эмбриональные стволовые клетки человека не дифференцируются в строго определенном порядке с образованием целостного организма, свидетельствует, что каким-то образом в культуре эмбриональных стволовых клеток нарушается регуляция клеточной дифференцировки.