Пример клетки: МОНОКЛОНАЛЬНЫЕ АНТИТЕЛА: РОЛЬ И ПОТЕНЦИАЛ

можно ли пополнить запас здоровья?

Фармацевтическая медицина не всегда способна справиться с тяжелыми хроническими заболеваниями. Нередко она предлагает пациентам препараты, которые хотя и помогают улучшить их самочувствие, но не излечивают саму болезнь. Если перестать их принимать, то проблемы возвращаются. Иными словами, медицина борется с проявлением болезни, но не с причиной. А причиной хронического заболевания почти всегда является какая-то поломка в клетке. К счастью, в двадцатом веке был открыт другой, так сказать, инженерный подход: найти и исправить эту поломку.

Одно из направлений в рамках этого подхода – применение стволовых клеток. Стволовые клетки – это своеобразный биологический запас молодости и здоровья любого живого организма, в том числе и человека. Их задача – воспроизводить другие клетки организма. В отличие от остальных клеток, стволовые клетки могут либо делиться очень много раз, воспроизводя себе подобных, либо превращаться в клетки специализированной ткани. Еще одно удивительное свойство стволовых клеток – они могут сами находить поломки в организме и устремляться туда, чтобы их починить, – своего рода «скорая помощь» самого организма. Они присутствуют в организме человека до самой смерти. Правда, их количество и качество с течением жизни значительно снижается. Именно поэтому чем старше человек, тем медленнее у него заживают любые повреждения.

Каждый новый организм начинается с одной-единственной стволовой клетки. После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом образуется первая полноценная клетка организма с двойным набором хромосом, так называемая зигота. Она стремительно делится, порождая новые и новые клетки, которые организуются в ткани и органы, в согласии с записанной в них генетической программой. При этом потенциал новых поколений стволовых клеток уменьшается. Самые первые стволовые клетки, клетки «первого порядка», могут дать начало любым тканям, но последующие стволовые клетки, клетки «второго порядка», дают начало только определенным видам тканей. После рождения в организме присутствуют уже различные виды стволовых клеток. Среди них есть такие, которые работают постоянно. Это гемопоэтические – они отвечают за кровь, мезенхимальные – они отвечают за кости и хрящи, и тканеспецифические стволовые клетки, например, кожи и кишечника.

И отдельно следует поговорить о плаценте и пуповине. Они необходимы, пока ребенок находится в утробе, так как соединяют плод с матерью, а после рождения ребенка их рассматривают как «биологический мусор» и выбрасывают. Однако стволовые клетки, которые находятся в этих тканях, имеют огромную ценность, потому что именно они обладают очень большим потенциалом для лечения болезней.

Сама идея лечения стволовыми клетками на первый взгляд очень проста. Когда у человека нарушается какой-то механизм на клеточном уровне, нужно трансплантировать в организм пациента здоровые стволовые клетки, которые, размножившись, заменят больные клетки здоровыми. Идея проста только в теории, и терапия с использованием стволовых клеток по-прежнему применяется достаточно узко, хотя и рассматривается как имеющая большой потенциал в других случаях.

О том, какие варианты решения проблем может предложить клеточная терапия на сегодняшний день и какие у нее перспективы в будущем, Радио Свобода спросило ученых, занимающихся изучением потенциала стволовых клеток для лечения болезней: профессора Университета Стони Брук (США) Григория Ениколопова, лаборатория которого изучает стволовые клетки мозга взрослого человека, и основателя группы компаний «Гемафонд», которая исследует и внедряет передовые клеточные технологии, Ярослава Исакова.

– Какие самые распространенные заболевания можно лечить при помощи стволовых клеток на сегодняшний день?

Я.И.: Вся тема стволовых клеток началась с пересадки клеток костного мозга с целью лечения заболеваний крови. В основном здесь идет речь о различных видах онкологических заболеваний. Это лечение применялось уже во второй половине ХХ века еще до того, как начался бум на стволовые клетки. И до сих пор только оно является стандартным и общепризнанным методом. Интересно, что такая трансплантация дает возможность вылечить и некоторые сопутствующие хронические заболевания. Если становится очевидно, что пересадка клеток костного мозга необходима, то можно выбрать такого донора, чьи стволовые клетки будут иметь определенные свойства и будут бороться с сопутствующим заболеванием. Ярким примером являются два пациента, излечившихся таким путем от ВИЧ. Первый, пациент, Тимоти Рэй Браун, был излечен в 2007 году, его называют «берлинским пациентом». А о полном излечении второго, «лондонского пациента», врачи объявили недавно, в начале 2019 года. Их истории излечения очень похожи: помимо ВИЧ у обоих пациентов развились дополнительные онкологические заболевания крови, для лечения которых нужна была пересадка костного мозга. Им обоим была проведена трансплантация донорских гемопоэтических стволовых клеток. При этом им подобрали не просто доноров, стволовые клетки крови которых им подходили. Им подобрали донорские клетки, содержавшие определенную мутацию: в отличие от нормальных, у мутированных клеток отсутствовал белок-предатель. Вирус использует такой белок как троянского коня, чтобы проникнуть в лимфоциты. Соответственно, если этот белок отсутствует, то вирус не приживется в организме, поскольку не может попасть внутрь клетки. В результате оба пациента излечились от ВИЧ.

–​ Не меньшую сенсацию произвело излечение японского пациента от шизофрении, которое так же, как и в первых двух случаях, являлось результатом пересадки гемопоэтических стволовых клеток костного мозга в ходе лечения рака крови. Причем в последнем случае это был побочный эффект, оказавшийся сюрпризом для самих врачей.

Я.И.: Но при этом следует понимать, что ни для ВИЧ, ни для шизофрении такой метод лечения не является стандартным. Стандартным он является для лечения различных форм рака крови, а побочные положительные эффекты – это пока что некий бонус, результат удачных экспериментов. Тем не менее, эти эксперименты доказывают, что такой путь излечения возможен и, соответственно, надо продолжать работу в этом направлении. Помимо онкологии крови существует достаточно большое количество болезней, для которых метод трансплантации стволовых клеток может работать и сейчас находится в стадии клинических испытаний. Ведь стволовые клетки есть во всех органах, даже в мозге.

Стволовые клетки

–​ Долгое время руководствовались концепцией о том, что нервные клетки во взрослом организме не образуются и мы постепенно исчерпываем тот запас, который сформировался при эмбриональном развитии. Например, болезнь Альцгеймера как раз связана с деградацией нейронов. Эта болезнь считалась неизлечимой. После того как больше тридцати лет назад был открыт нейрогенез человека, то есть образование стволовых клеток во взрослой нервной ткани, концепция изменилась. Сейчас мы знаем, что нервные клетки могут восстанавливаться. Григорий, вы изучаете нейрогенез во взрослом и стареющем мозге. Можно ли подобрать лечение, которое заставит нейроны восстанавливаться? Какие есть пути?

Г.Е.: У взрослого человека нейрогенез – рождение новых нейронов – происходит лишь в нескольких областях мозга, но эти области особенно важны. Например, новые нейроны образуются в гиппокампе – области, которая отвечает за память и эмоциональное состояние. Оказывается, что при болезни Альцгеймера уже имеющиеся нейроны гиппокампа особенно чувствительны и гибнут первыми, а производство новых нейронов, которые могли бы заменить погибшие, сильно подавляется. Вместе это приводит к резкому уменьшению числа работающих нейронов гиппокампа и, как следствие, к ухудшению памяти, развитию депрессии, снижению способности радоваться и сопереживать. Поскольку понятно, что причина этих изменений связана, в числе прочего, с недостатком нейронов в гиппокампе, то понятно и то, что проблему можно попробовать решить или хотя бы замедлить ее развитие, исправив процесс нейрогенеза. А для этого существуют два возможных пути. Один, и им занимается наша лаборатория, – это подстегнуть образование новых нейронов из оставшихся в мозге стволовых клеток. Этому есть несколько возможных решений. Например, многие исследования показали, что, как ни странно, физические упражнения и новые впечатления заставляют стволовые клетки мозга активнее размножаться. Хотя большинство таких результатов получено на животных, но появляется уверенность, что это подходит и человеку. Решение простое и доступное каждому человеку – больше двигаться и узнавать новое. Так что изречение «в здоровом теле – здоровый дух» приобретает сейчас научную основу.

Второй путь, которым можно попробовать воспользоваться, – это клеточная медицина. Можно попробовать подсадить стволовые клетки или нейроны в поврежденные области мозга в надежде, что здоровые донорские клетки будут заменять и вытеснять больные или уже погибшие клетки реципиента. Правда, тут нужно учитывать, что помимо прямого ожидаемого эффекта может существовать еще и побочный положительный эффект. Он состоит в том, что при пересадке стволовых клеток происходит общая физиологическая реакция организма, которая иногда может приводить к ощутимому прогрессу, пусть и временному. Например, в ходе эксперимента крысе пересаживали клетки дрозофилы, и крыса становилась активнее и сообразительней. Но, конечно, не потому, что клетки дрозофилы прижились, – это результат того самого побочного физиологического эффекта, и мы не можем пока что объяснить его механизм.

–​ Григорий, а для каких заболеваний нервных тканей клеточные технологии кажутся вам перспективными?

Г.Е.: Например, огромные усилия прилагаются к тому, чтобы облегчить симптомы болезни Паркинсона, при которой умирает один конкретный тип нейронов. Поэтому есть много попыток подсадить в мозг или уже готовые нейроны этого типа, или стволовые клетки, которые могли бы порождать такие нейроны. Правда, когда дело касается реальных пациентов, то пока здесь не так много успехов – клетки или не приживаются, или не превращаются в нужный тип нейронов, или начинают работать так активно, что это только обостряет болезнь. Но прогресс в этом направлении постоянно происходит, пусть и мелкими шажками.

Еще одно очень привлекательное направление для клеточной терапии – лечение деградации макулы. Макула – это центральная часть глазного дна, сетчатки. Она расположена напротив хрусталика и ответственна за центральное зрение и его четкость. Очень часто с возрастом нейроны макулы умирают или ухудшают свою работу. В этом случае человек теряет центральное зрение и чтение и другая тонкая работа становятся сильно затруднены или даже невозможны. При этом самая критическая для четкого зрения область макулы содержит всего от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч нейронов. Для сравнения – мозг содержит сотни миллиардов нейронов. Поэтому прилагается много усилий, чтобы ввести в макулу нейроны и стволовые клетки в надежде, что даже частичное восстановление макулы может приостановить потерю зрения.

– Ярослав, а какие еще заболевания можно лечить при помощи стволовых клеток?

Я.И.: При помощи стволовых клеток лечатся многие заболевания крови, некоторые ортопедические заболевания и болезни глаз, кроме того, стволовые клетки применяются при восстановлении после инфаркта миокарда. И для первого, и для второго случая методики уже разработаны. Помимо этого стволовыми клетками пробуют лечить редкие, а также неизлечимые заболевания, при которых классическая терапия не работает и обычные фармакологические препараты не справляются. А с недавнего времени клеточные технологии пробуют как инструменты для борьбы со старением организма.

– Во всех этих случаях клеточная медицина использует донорские стволовые клетки. При этом донорскую кровь можно взять у взрослого донора, а можно воспользоваться пуповинной кровью. Ярослав, какие преимущества имеет донорская пуповинная кровь?

Я.И.: Концепция использования донорской пуповинной крови возникла в 1988 году, когда пятилетнему американскому мальчику Мэттью Фарроу, страдавшему от тяжелого неизлечимого наследственного заболевания, анемии Франкони, трансплантировали пуповинную кровь его новорожденной сестры. В результате мальчик полностью излечился, сейчас это взрослый мужчина, у которого есть своя семья и дети. А специалисты начали с этого момента совершенствовать методику внедрения стволовых клеток пуповинной крови пациенту и расширять диапазон применения этого метода в отношении тяжелых заболеваний.

Пуповинная кровь состоит в основном из гемопоэтических стволовых клеток. Хотя в ней также содержатся и некоторые другие типы стволовых клеток. Клетки пуповинной крови имеют больше шансов прижиться в чужом организме, чем клетки взрослого человека. Дело в том, что взрослый организм хорошо подготовлен к встрече с чужеродными клетками. Он их воспринимает как потенциального врага и старается уничтожить. Это называется иммунным ответом. Иммунный ответ защищает нас от различных инфекций. Но при трансплантации в 80% случаев трансплантированные клетки от взрослого донора атакуют клетки хозяина. В худшем случае такая реакция может привести к смерти. А иммунный ответ клеток пуповинной крови намного ниже, чем у клеток взрослого организма, потому что ребенок еще ничем не болел, а от организма матери был защищен плацентой, и его иммунитет еще не развился. Следовательно, высока вероятность того, что трансплантация пуповинной крови обойдется без тяжелых последствий.

Хранилище одного из банков стволовых клеток

– Существуют банки пуповинной крови. Значит, идея создания банков родилась еще в 1988 году после излечения Мэттью Фарроу?

Я.И.: Создание банков пуповинной крови началось в 1992 году. Первый такой банк был создан на базе Нью-Йоркского центра крови. Сейчас в мире существует около 550 банков пуповиной крови. Уже тогда банки разделялись на публичные и семейные. В частных банках родители сохраняют пуповинную кровь своего новорожденного ребенка как генетический резерв, обеспечивая его некой «биологической страховкой» на всю его жизнь. Это означает, что в случае необходимости, например, если обладатель этих стволовых клеток в какой-то момент своей жизни встретится с серьезным заболеванием, которое можно вылечить путем трансплантации стволовых клеток, то он сможет воспользоваться своим собственным генетическим резервом. Стволовые клетки пуповинной крови обладают генетическим потенциалом, который был дан природой и остался неизмененным и свободным от последующих мутаций, а мутации в любом организме происходят непрерывно, и какие-то из них могут оказаться губительными. Кроме того, стволовые клетки одного члена семьи с высокой вероятностью могут подойти и его родственникам: для братьев и сестер вероятность совпадения составляет 25%, для родителей – 10% вероятности, для людей третьей степени родства – 2–3%. В нашей практике был случай, когда пуповинная кровь новорожденной девочки помогла ее сестре встать на ноги после тяжелой травмы.

Речь идет о девочке из Хмельницкой области (Украина), пережившей в возрасте 2 лет церебральную терапию. Спустя несколько лет родители девочки решили провести экспериментальную терапию – вливание пуповинной крови ее сестры. По свидетельству родителей, сразу же после этой терапии состояние девочки стало быстро улучшаться. Вот что рассказала Радио Свобода мама девочки Наталья:

–​ Я была на седьмом месяце беременности, когда моя двухлетняя дочь София провалилась под лед. У нее остановилось дыхание и отказало сердце. В реанимации сердцебиение восстановили, через некоторое время восстановили и дыхательную функцию, но сказали, что большего сделать не могут, потому что мозг умер. София ни на что не реагировала, кормили ее через зонд. После того, как я родила вторую дочь, мы с мужем решили, что заберем Софию домой. Я врач, поэтому смогла освоить методики ухода. Пуповинную кровь новорожденной дочери мы сохранили, хотя тогда планов на эту кровь у нас не было. А через несколько месяцев нам позвонили и сказали, что в Донецке одна из клиник осуществляет переливание пуповинной крови в рамках украинско-немецкой программы клинических исследований. Мы проверили, подходит ли Софии пуповинная кровь ее сестрички, и к счастью, она оказалась совместимой. Софии перелили эту кровь, и буквально через неделю мы увидели улучшение в ее общем состоянии: пища стала перевариваться, кожа порозовела, отступили бесконечно мучившие ее инфекции. Одним словом, случилось чудо. А после повторного переливания ее организм укрепился настолько, что мы смогли приступить к реабилитационным программам. Сейчас Софии тринадцать лет. Она ходит в обычную школу, справляется со школьной программой. Мы счастливы.

Радио Свобода не удалось найти научных исследований, которые бы однозначно подтвердили, что в данном случае эффективной оказалась именно терапия стволовыми клетками. Мы подчеркиваем, что терапия стволовыми клетками в большинстве случаев является экспериментальным и потенциально очень опасным для здоровья методом, который не должен применяться без решения лечащего врача.

– Сохранение стволовых клеток пуповинной крови в частном банке – это платная услуга. Далеко не каждая семья принимает решение сохранить пуповинную кровь своего малыша.

Я.И.: Если семья не хочет этой услугой воспользоваться, то родители новорожденного могут пожертвовать его пуповинную кровь в публичный банк для донорских целей. При этом следует понимать, что пуповинная кровь – это «биологический мусор», который, если не будет пожертвован банку, подлежит уничтожению. Сейчас в публичных банках всего мира в совокупности сохранено порядка 800 тысяч образцов.

–​ Помимо использования донорских или –​ в случае сохранения собственной пуповинной крови –​ собственных здоровых стволовых клеток, в клеточной медицине обозначился еще один подход, еще более инженерный. У пациента берут его собственные клетки, превращают их в стволовые и ему же их подсаживают.

Я.И.: Технология называется «получение индуцированных плюрипотентных клеток», то есть клетки превращают в стволовые клетки «первого порядка». Этот метод был разработан японским ученым Синьей Яманакой, который в 2012 году получил за него Нобелевскую премию. Эта методика дает возможность перепрограммировать клетки организма и возвращать их в эмбриональное состояние, а затем превращать в клетки, необходимые для организма. Пока что это очень дорогая технология, находящаяся в стадии разработки. Производство одной линии таких клеток стоит в среднем приблизительно 50 тысяч евро. Например, в Европейском банке индуцированных клеток на сегодняшний день имеется всего лишь 316 линий индуцированных клеток. И это результат работы семи последних лет, притом что японцы охотно делятся своими наработками.

Плюрипотентная стволовая клетка, полученная Яманакой

–​ В настоящий момент клеточная медицина всё еще не стала массовой. Наверняка в этой области есть серьезные проблемы, которые до сих пор не решены.

Я.И.: Если говорить об использовании пуповинной крови, то самая большая проблема – это то, что ее слишком мало. В пуповине содержится небольшое количество крови, и, соответственно, этот метод хорошо подходит в тех случаях, когда можно обойтись небольшим количеством клеток. Иначе уходит много времени на то, чтобы вырастить в лаборатории достаточное количество клеток для пересадки.

Г.Е.: Действительно, именно малое количество требуемых стволовых клеток часто является серьезным сдерживающим фактором. Теоретически из стволовых клеток можно вырастить любой орган или заменить поврежденные клетки этого органа. Но в реальности на сегодня есть пределы и тому, чтобы размножить очень много клеток, и тому, чтобы заставить их правильно работать. Представьте, если мы пробуем восстановить печень – а это огромный объем клеток, порядка 300 миллиардов, то как долго будет идти процесс замены больных клеток на здоровые. Поэтому пример с дегенерацией макулы особенно привлекателен не только потому, что зрение – это важнейшая нить, связывающая человека с миром, но и потому, что, возможно, даже несколько десятков тысяч правильно работающих клеток могут изменить жизнь миллионов людей к лучшему, особенно в старости.

–​А какие опасности и риски связаны с клеточной терапией? Я не имею в виду откровенных авантюристов, когда врач или ученый вполне сознательно идет на преступление, подтасовывая факты. Такого рода вещи маргинальны, но, к сожалению, они существуют и в традиционной медицине тоже.

Г.Е.: Прежде всего всегда есть опасность, что донорские клетки могут не прижиться в организме реципиента или же прижиться, но работать плохо или бесконтрольно, без тормозов, так что лечение становится хуже самой болезни. Кроме того, нужно помнить, что даже идеально подобранные привнесенные клетки могут вызвать иммунный ответ, направленный на избавление от этих клеток.

Есть еще одна серьезная опасность – это возможность развития раковых опухолей. Может случиться так, что среди выбранных для трансплантации клеток окажутся такие, которые могут превратиться в раковые. Заранее это предугадать практически невозможно, так как этот потенциал не всегда можно распознать. Кроме того, неуправляемый рост клеток зависит не только от самих клеток, а также от иммунной системы, которая должна устранять неправильные клетки, но и от той среды, так называемой ниши, в которую эти клетки попали. Одна ниша может сдерживать раковый потенциал попавшей туда чужеродной клетки, а другая, хоть и похожая, будет его стимулировать.

На сегодняшний день есть еще один плохо прогнозируемый фактор, который меня очень беспокоит. Это клональность трансплантированных клеток. В процессе культивации неизбежно появляются клетки, которые или делятся лучше других, или обладают какими-то другими свойствами, помогающими им выжить. И мы невольно селектируем такие клетки: если какая-то клетка размножается всего на 10% быстрее, то через несколько поколений ее потомки, ее клон, будут преобладать над остальными. В результате такой непроизвольной селекции мы отбираем какие-то признаки, которые могут оказаться полезными, но могут быть и вредными.

–​ А помимо сложности методик что еще сдерживает развитие клеточных технологий?

Я.И.: Как ни странно, это неразвитая юридическая база. Когда речь идет не о стандартном лечении, а об экспериментальном, то оно должно не противоречить законодательству. Поэтому страны с более гибким в этом отношении законодательством имеют огромное преимущество в развитии клеточных технологий. Безусловным лидером на сегодняшний день является Япония, а если говорить о Европе – то это Украина. В Японии благодаря гибкому законодательству сейчас применяется порядка 3000 методик, основанных на клеточной терапии. Зачастую пациенты, вылечившиеся от тяжелых заболеваний в результате применения клеточной терапии в порядке эксперимента, становятся яростными пропагандистами этих методов, как это случилось, например, с Тимоти Рэем Брауном, который всячески рекламирует эти методы и создал фонд для развития клеточных технологий.

–​ Можно ли представить себе, что клеточные технологии со временем вытеснят какие-то области фармакологической медицины? И в будущем мы будем обращаться к врачам за клетками, а не за таблетками?

Я.И.: Да, конечно. Фармацевтическая индустрия вполне может переключиться на этот метод. Пока что рутинное использование клеточных технологий для терапии – это очень дорогое удовольствие. Но по мере совершенствования методик получения и выращивания стволовых клеток стоимость лечения с использованием клеточных технологий будет уменьшаться.

С этой точки зрения хорошим примером является секвенирование ДНК, то есть расшифровка генома. Еще двадцать лет назад это была очень новая и дорогая методика. Стиву Джобсу эта процедура обошлась в 270 тысяч долларов, а сегодня она стоит на три порядка меньше. Вполне возможно, что и клеточные линии будут стоить через несколько лет десятки долларов, а не сотни тысяч, как сейчас. И тогда лечащие врачи будут вполне стандартно обращаться к этим методам, а органы для трансплантации будут печататься в районных отделениях больниц.

Г.Е.: А занимаясь спортом и постоянно стремясь узнать новое, вы помогаете стволовым нервным клеткам размножаться и, возможно, сами осуществляете профилактику тяжелых заболеваний мозга.

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Американские ученые выяснили, что некоторые типы рака практически невозможно предотвратить. Мутации, которые их вызывают, в меньшей степени зависят от факторов среды и в большей — от ошибок в копировании ДНК при делении стволовых клеток. «Лента.ру» подробнее рассказывает о новом исследовании, опубликованном в журнале Science.

Рак — это результат постепенного накопления мутаций, способствующих неконтролируемому размножению клеток и формированию опухолей. Что вызывает эти мутации? Есть факторы внешние и внутренние. Внешние — это курение, неправильное питание, воздействие ультрафиолета, сидячий образ жизни. Так, солнечные лучи могут повредить ДНК меланоцитов, из-за чего развивается меланома. Влияние внешних факторов можно ослабить, и именно это называют первичной профилактикой рака. Но мутации могут передаваться по наследству. Кроме того, они возникают из-за ошибок в копировании ДНК при делении клеток.

Материалы по теме

00:01 — 3 февраля 2017

Ранее ученые из Университета Джонса Хопкинса предположили, что ошибки при копировании ДНК могут служить причиной того, что раковые опухоли чаще возникают в одних тканях и органах, чем в других. Эта гипотеза основывалась на том, что в США риск развития рака на протяжении всей жизни в определенных типах тканей строго коррелирует с общим количеством делений нормальных стволовых клеток в этих тканях.

Каждый раз, когда делится стволовая клетка, происходит примерно три мутации в ДНК. Естественно, рано или поздно изменения затронут гены, связанные с раковыми заболеваниями. Чем чаще клетка делится, тем больше риск. Ученые могут оценить относительный риск формирования злокачественной опухоли в различных органах. Определение вклада каждого из трех источников мутаций (окружающая среда, наследственность и деление) в развитие рака — более сложная задача.

У некоторых раковых больных наследственности и деления достаточно для развития болезни, у других одни мутации передались по наследству (их можно назвать H-мутациями), другие — эндогенные — возникли при копировании ДНК (R-мутации), а остальные — результат внешних факторов (E-мутации). Все это сильно осложняет общую картину, однако исследователи все же нашли способ оценить вклад всех трех источников. Они резонно предположили, что R-мутации равномерно распределены среди всех людей данного возраста. В то же время наследственные факторы и факторы окружающей среды могут широко варьироваться и по-разному влиять на каждого человека.

Ученые проанализировали случаи заболевания раком в 69 странах, что позволило охватить условия окружающей среды, в которых живут в общей сложности 4,8 миллиарда человек. Данные о заболеваниях были получены из архива Международного агентства по исследованию рака (IARC). Выяснилось, что для всех стран наблюдается четкая корреляция между числом делений стволовых клеток и риском заболевания раком. И чем больше возраст, тем эта корреляция сильнее.

Как же определить вклад в мутации каждой из трех групп факторов? Представим, что у всех людей Земли исправили наследственные мутации и все человечество переселили на планету «В» с идеальными условиями окружающей среды. Значит, на этой планете E и H равны нулю, и все мутации происходят из-за ошибок при копировании ДНК во время деления стволовых клеток. К сожалению, R всегда больше нуля, так как не существует идеального механизма копирования генов. Хотя нельзя забывать и о том, что ошибки репликации обеспечивают эволюционный процесс, и сверхточное копирование генов исключило бы существование человека.

Предположим, что в биосфере планеты «В» распылили мощный мутаген, который затронул все места обитания. Все люди были бы с одинаковой вероятностью подвержены влиянию этого фактора на протяжении всей их жизни. Допустим, мутаген увеличивает скорость накопления соматических мутаций в стволовых клетках, в результате вероятность заболевания раком повышается в 10 раз. Иными словами, 90 процентов всех злокачественных опухолей возникают из-за воздействия среды, и их можно предотвратить, если избегать контакта с мутагеном.

Предположим, что для возникновения рака достаточно трех драйверных мутаций. 10 процентов заболеваний, таким образом, развиваются из-за того, что все три мутации связаны с ошибками при репликации. Остальные — следствие различных комбинаций E- и R-мутаций. Доля всех драйверных R-мутаций в популяции планеты «В» составит 40 процентов, и данный показатель никак не получится уменьшить.

Этот теоретический пример не сильно отличается от той ситуации, что сложилась с аденокарциномой легких. На 90 процентов эту разновидность рака можно избежать, если не контактировать с табачным дымом. При этом не доказано, что предрасположенность к аденокарциноме передается по наследству. Чтобы выяснить, какая доля драйверных R-мутаций отвечает за эту разновидность рака, исследователи проанализировали результаты эпидемиологических исследований и сведения о последовательностях ДНК. Оказалось, что более трети (35 процентов) мутаций, связанных с раком, возникают из-за ошибок копирования.

Рак протоков поджелудочной железы предотвратим лишь в 37 процентах случаев (77 процентов R-мутаций, 18 процентов E-мутаций). Чаще всего от соматических драйверных мутаций возникают опухоли головы, простаты и костей, и их практически невозможно предотвратить, изменив образ жизни, в отличие от рака легких, кожи или пищевода. В целом, по оценкам специалистов, 42 процента всех раковых заболеваний можно избежать, исключив влияние окружающей среды.

В результате старения населения рак выходит в лидеры причин смерти в мире. Первичная профилактика, по мнению экспертов, — лучший способ снизить смертность. Однако не от всех видов злокачественных опухолей можно уберечься, минимизируя негативное воздействие внешних факторов. В этом случае необходима вторичная профилактика, то есть раннее медицинское вмешательство.

Что такое стволовые клетки и почему они могут стать страшным врагом

Несколько дней назад появилась информация, что 48-летняя Анастасия Заворотнюк попала в реанимацию одной из столичных клиник с диагнозом рак мозга последней стадии. И практически сразу в СМИ начали обсуждать процедуру омоложения стволовыми клетками, которой актриса якобы воспользовалась – именно это, по мнению многих специалистов, могло стать катализатором болезни.

Так что такое стволовые клетки? Чем они могут быть полезны, а главное – в каких случаях и почему могут стать смертельным врагом? Раскладываем все по полочкам.

Фото: Москва 24/Юлия Иванко

Существует такая технология, как реверс-инжениринг. За этим серьезным термином кроется технология изучения и постепенной разборки какого-либо устройства, чтобы понять принцип его работы и, возможно, скопировать. Именно так создавалось огромное количество самой разной техники в Советском Союзе: за границей покупался образец, его разбирали «до винтика», проводили тщательные измерения, а затем делали собственную нелицензионную копию. Так выпускали все что угодно – от детских игрушек до военной техники.

Если воспользоваться реверс-инженирингом для изучения любого человеческого организма (разумеется, без разборки) и «отмотать» его историю к самому началу, выяснится, что исходным «зернышком» была одна-единственная клетка – зигота. Весь гигантский объем информации о количестве конечностей, способе размножения, размерах мозга, цвете волос и глаз содержался в крохотном комочке протоплазмы, разглядеть который невооруженным глазом невозможно. Зигота – это самая первая клетка, которая не имеет никакой специализации. Ее называют недифференцированной, или стволовой клеткой. Некоторое время спустя она разделится пополам, образуя две новые стволовые, каждая из которых также разделится и так далее, пока не наступит этап специализации: какие-то из них станут нервными клетками, какие-то начнут образовывать кости, а какие-то – внутренние органы.

Но до этого момента (примерно 11 дней после оплодотворения) любая из стволовых клеток может стать чем угодно – частью мозга, печени, кожи и так далее.

Во взрослом организме стволовые клетки также есть, они используются в качестве «ремонтного материала», но с возрастом их становится все меньше и меньше. Если у новорожденного на каждые 10 тысяч обычных клеток приходится одна стволовая, то у взрослого – одна на миллион, а к старости – раз в сто меньше.

Все эти исходные данные рано или поздно должны были привести исследователей к простой мысли: чтобы «ремонтировать» взрослый организм, необходимо добавлять в него стволовые клетки. Потратив десятилетия на опыты и эксперименты, современная медицина научилась их трансплантировать для лечения самых разных болезней.

Идеальными считаются эмбриональные стволовые клетки – те самые, из которых со временем должен вырасти полноценный Homo Sapiens. Их главное достоинство в том, что такие клетки не вырабатывают антигены тканевой совместимости – это значит, что организм, в который их пересадят, не станет их отторгать. Эмбриональные стволовые клетки почти наверняка приживутся в организме любого реципиента.

Правда, это справедливо только в том случае, если иммунная система организма в полном порядке. Например, опыты на животных показывают, что в противном случае стволовые клетки хоть и не отторгаются, но развиваются совсем не так, как положено, образуя сложные опухоли.

Фото: Москва 24/Лидия Широнина

По словам руководителя лаборатории клеточных технологий Института стволовых клеток человека Сергея Киселева, на данный момент стволовые клетки используются в двух случаях: при лечении рака крови и в случае экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). При раке крови необходимо химически удалить все больные клетки, а потом с помощью стволовых клеток крови восстановить у человека иммунную систему и систему кроветворения. «Эта технология успешно используется человечеством с 1960-х годов», – пояснил он Москве 24.

При этом сейчас также тестируется применение стволовых клеток для восстановления каких-либо поврежденных органов. «Вне организма они используются для того, чтобы получить специализированные клетки. Например, если нам надо восстановить хрящ, то можно использовать стволовые из кости, из них сделать хрящ и после этого трансплантировать человеку», – отметил Киселев.

Однако при нарушении требований проведения операции действия могут привести к негативным последствиям. «Если «продукт» будет с бактериями, то это может привести к сепсису. На самом деле на сегодняшний момент, поскольку все началось недавно (использование стволовых клеток), оно еще не очень отработано и эффективно», – подчеркнул он.

Киселев добавил, что в косметологии не используют стволовые клетки для так называемого «омолаживания». При процедурах используют обычные клетки кожи лица, чтобы уменьшить морщинки. «Процедура приводит к временному устранению некоторых морщин, куда это вкалывается. Но это не омоложение – моложе человек не становится – а просто как грим, только его накладывают не снаружи, а под кожу», – сказал он.

Вообще исследователи предпочитают говорить об использовании стволовых клеток с максимальной осторожностью. На первый взгляд все выглядит крайне позитивно, но если углубиться в тему, можно обнаружить, что все вовсе не так радужно. Дело в том, что недифференцированные клетки, попав в организм взрослого человека, провоцируют бурное развитие не только здоровых клеток, но и тех, в развитии которых есть какая-либо патология. А чем старше пациент, тем их больше в его организме.

В использовании эмбриональных клеток есть и другой спорный момент. Все-таки их берут у эмбрионов, человеческих зародышей.

Да, чаще всего они выращены in vitro, но все равно – после изъятия определенного количества клеток зародыш умирает. Впрочем, это положение вещей имеет все шансы измениться: несколько лет назад японские ученые обнаружили, что практически любую зрелую клетку человеческого организма можно «индуцировать», то есть сделать ее стволовой. В этом случае также отпадает вероятность отторжения, так как клетки для пациента берутся у него же самого. Однако и эта технология до сих пор находится в условно-экспериментальной стадии.

По мнению врача-онколога Анатолия Махсона, применение стволовых клеток очень непредсказуемо и опасно. «Грубо говоря, если поместить стволовую клетку при травме спинного мозга, то она может дифференцироваться как в нервные клетки, так и в клетки воспаления (если там таковое есть) или в рубец. Никто не знает, так как это плохо прогнозируемо», – подчеркнул он.

Махсон также добавил, что использование стволовых клеток в косметологии, вероятно, неподкрепленная реклама. «Вреда, скорее всего, не будет, но чтобы было омоложение – я сомневаюсь», – заключил онколог.

И все же мы верим в то, что медицина стволовых клеток сможет сделать жизнь человечества лучше. Рано или поздно технологии взаимодействия с ними разовьются до такого уровня, что их применение станет абсолютно безопасным. А пока этого не произошло, мы сможем получать от исследований и разработок «глобальные бонусы» в виде, например, восстановления вымирающих видов животных.

Все-таки люди – раса разумная и осторожная.

Хотя…

Николай Гринько, Анатолий Федотов

Цитологический метод в диагностике опухолей и опухолеподобных процессов

Цитопатология, клиническая или диагностическая цитология, изучает клеточный состав патологических процессов. В качестве отдельной медицинской специальности официально признана в 1941 г. после работ Папаниколау Г. и Траута Н. К чести нашей страны разработка цитологического метода диагностики начата в 1938 г. в клинико-диагностической лаборатории Московского научно-исследовательского онкологического института им. П.А. Герцена. В 1941 г. профессор Н.Н. Шиллер-Волкова на сессии института доложила о первых результатах по исследованию выделений из влагалища, мокроты и пунктатов. В развитии цитологии можно выделить три основных этапа: эксфолиативная, в основном гинекологическая цитопатология; аспирационная цитология, бурный расцвет которой начинается с 80-х годов и связан с внедрением ультразвуковой диагностики, и современный этап развития определяется применением иммуноцитохимических и молекулярных методов исследования, а также автоматизированного скрининга в гинекологической цитологии.

Цитологический метод технически прост, быстр, сравнительно дешев, малотравматичен. Однако «легкость» цитологического метода обманчива, так как цитологическое исследование должно заканчиваться формулировкой заключения, основываясь на котором разрабатывается тактика лечения.

По способу получения материала цитологию можно подразделить на дооперационную (эксфолиативную, абразивную, аспирационную) и интраоперационную. Эксфолиативная цитология включает в себя исследование вагинальных мазков, мокроты, мочи, плевральной, перитонеальной, перикардиальной, цереброспинальной, синовиальной жидкости и т.д. Этот раздел цитологии отличается простотой техники получения большого количества различного типа клеток, в том числе воспалительного ряда. Клеточный материал может быть не очень хорошо сохранен. Для получения информативного материала с поверхности патологического очага удаляют гноевидные массы, корочки, некротический налет. Если полученный материал представляет жидкость, то в нее добавляется цитрат натрия, чтобы жидкость не свернулась.

Абразивная цитология получает материал из определенного участка внутренних органов, в том числе исследуются субэпителиальные поражения с помощью фиброоптических инструментов. При таком взятии материала клетки хорошо сохраняются, и препараты легко интерпретировать. Материал получают из шейки матки, вагины, эндометрия, респираторного, желудочно-кишечного, мочеполового тракта.

Тонкоигольная биопсия в настоящее время позволяет получить материал практически из любого органа. Метод постоянно совершенствуется и дает оптимальные результаты, что делает его в плане диагностики высокоэффективным и экономичным.

Взятый для цитологического исследования материал помещают на край предметного стекла и другим предметным или покровным стеклом равномерно, сильно не надавливая, тонким слоем распределяют по всей поверхности препарата.

В последние годы помимо рутинных цитологических мазков для получения качественных монослойных цитологических препаратов используется жидкостная система: пунктаты вносятся в специальную среду накопления, после чего центрифугируются в режиме 1000 оборотов в течение 5 минут при среднем ускорении на центрифуге (Суtospin-3, Суtospin-4). Применение методики жидкостной цитологии имеет ряд преимуществ: обеспечивает сохранность клеточных структур, уменьшает фон, клетки сосредотачиваются в одном месте – «окошке», что сокращает время просмотра препарата и значительно экономит дорогие сыворотки при проведении иммуноцитохимического исследова-
ния. Для создания архива и возможности последующего исследования материала используется методика Cell-block, при которой получаются препараты, занимающие промежуточное положение между цитологическими и гистологическими.

Влажная фиксация препарата в спирте сразу после взятия мазков применяется при окраске по Папаниколау. В остальных случаях мазки высушивают на воздухе, а затем фиксируют уже в лаборатории. Наиболее распространенный способ фиксации – в равных объемах спирта и эфира (смесь Никифорова). Для иммуноцитохимического исследования применяют фиксацию ацетоном. При окраске мазков используют панхромную окраску азур-эозином по методу Романовского – Гимза в различных модификациях (Лейшмана, Паппенгейма), а также окраска гематоксилином и эозином, особенно при исследовании гинекологического материала используется окраска по Папаниколау. Возможно при рутинном исследовании или специальной окраске выявление бактериальной флоры, в том числе бацилл Коха, лепры, хеликобактера, трихомонад и т.д.

Цитологическая диагностика основана на следующих принципах:

• Разница клеточного состава в норме и патологии.
• Оценка не одной отдельно взятой клетки, а совокупности клеток, большое значение придается фону препарата.
• Цитолог должен иметь патологоанатомический базис.
• Каждое исследование завершается формулировкой заключения.

Критерии цитологической диагностики злокачественных новообразований составляются из оценки клетки, ядра и ядрышка.

Клетка:

– увеличена в размере, иногда гигантская, редко размер близок к норме, что затрудняет цитологическую диагностику, например, при коллоидном, тубулярном раке, маститоподобном варианте долькового рака молочной железы, фолликулярном раке щитовидной железы, карциноиде, почечноклеточном светлоклеточном раке, высокодифференцированных веретеноклеточных саркомах;

– изменение формы и полиморфизм клеточных элементов;

– нарушение соотношения ядра и цитоплазмы в сторону увеличения доли ядра;

– диссоциация степени зрелости ядра и цитоплазмы, например, молодое ядро в ороговевшей цитоплазме при высокодифференцированном плоскоклеточном раке.

Ядро:

– увеличение размера, полиморфизм, бугристость, неравномерный рисунок хроматина, наиболее постоянный признак – неровность контуров, гиперхромия, фигуры клеточного деления в цитологических препаратах сравнительно редки.

Ядрышко:

– число ядрышек больше, чем в нормальной клетке, ядрышки увеличены в размере, неправильной формы.

Несмотря на присутствие критериев злокачественности у подавляющего большинства клеток, в некоторых клетках рака эти критерии могут отсутствовать или быть выражены в неполном объеме. Необходимо обращать внимание на особенности взаимного расположения клеток, характер межклеточных связей. Заключение формулируют по совокупности признаков при достаточном количестве клеточного материала. Попытка оценить мазок по неадекватно взятому материалу – наиболее частая причина ошибочных заключений.

Основные задачи цитологической диагностики состоят в следующем:

1. Формулировка заключения до лечения.
2. Интраоперационная срочная диагностика.
3. Контроль эффективности лечения.
4. Оценка важнейших факторов прогноза течения заболевания.

Цитологическое заключение до лечения включает:

• определение гистогенеза новообразований;
• установление степени дифференцировки опухолевого процесса;
• уточнение степени распространенности опухоли;
• изучение фоновых изменений;
• определение некоторых факторов прогноза;
• возможность исследования бактериальной флоры.

Современное цитологическое заключение не только констатирует наличие рака, но и указывает гистологический тип опухоли и степень дифференцировки согласно общепринятым международным классификациям (МКБ-О и ВОЗ).

Критериями достоверности цитологического метода являются результаты сопоставления с плановым гистологическим исследованием. Наибольший процент совпадений цитологического заключения с окончательным гистологическим заключением наблюдается при исследовании образований кожи, молочной, щитовидной железы, при метастатическом поражении лимфатических узлов. Результаты исследования гиперпластических процессов в эндометрии неудовлетворительны (достоверность 30–50%) и заставляют искать пути совершенствования диагностики. Достоверность цитологической диагностики патологии шейки матки составляет 75–90%. 3–24% исследований, в зависимости от локализации и способа получения материала, оказываются неудачными из-за неадекватно полученного, неинформативного материала.

Таблица 1. Достоверность цитологических исследований
опухолей различных локализаций.

Уверенное цитологическое заключение о наличии злокачественного новообразования, совпадающее с клиническими симптомами и данными других диагностических исследований, расценивается как морфологическое подтверждение диагноза злокачественной опухоли. Это предъявляет к цитологическому методу высокие требования и заставляет искать пути предупреждения возможных ошибок. По характеру ошибки цитологов можно разделить на две большие группы: ложноотрицательные и ложноположительные. Ложноотрицательные заключения преобладают и приводят к гиподиагностике опухолевого процесса, чаще всего из-за небольшого количества информативного материала в пунктате. Имеются и объективные трудности в оценке изменений, связанные чаще с высокой дифференцировкой опухоли, например, практически невозможно диагностировать фолликулярный рак щитовидной железы с минимальной инвазией, трудно диагностируется тубулярный, маститоподобная форма долькового рака молочной железы.

Гипердиагностика опухолей на нашем материале многие годы не превышает 1%, однако может служить причиной ненужного, а иногда и калечащего лечения. Истинная гипердиагностика, то есть ложное цитологическое заключение о наличии опухоли, объясняется несколькими наиболее типичными причинами.

Выраженная пролиферация клеточных элементов является наиболее частой причиной гипердиагностики рака. Например, пролиферация эпителия протоков и долек молочной железы при фиброаденоме и пролиферирующем аденозе, особенно при укрупнении ядер, наиболее часто приводит к гипердиагностике рака молочной железы. Правильной диагностике помогает анализ ядерных характеристик клеток опухоли: наличие ровных контуров ядра и равномерное распределение хроматина.

Реактивные изменения эпителия служат также нередкой причиной неадекватной цитологической диагностики. Наиболее тяжелые ошибки встречаются при ангиомиолипоме почки, при которой реактивные изменения почечного эпителия с укрупнением и полиморфизмом ядер приводят к ошибочному диагнозу высокодифференцированного почечноклеточного светлоклеточного рака. Диагностике ангиомиолипомы помогает обнаружение сосудистых структур и веретенообразных клеток, экспрессирующих виментин, десмин, НМВ-45.

Хронический аутоиммунный тиреоидит типа Хашимото сопровождается образованием сосочковоподобных структур, к оценке которых необходимо подходить осторожно и помнить, что при этом процессе реактивные изменения эпителия можно ошибочно принять за папиллярный рак щитовидной железы. Для хронических дерматитов, язв характерны атипические реактивные разрастания многослойного плоского эпителия, нередко представляющие непреодолимые трудности в дифференциальной диагностике с высокодифференцированным плоскоклеточным раком.
Выраженные дистрофические изменения клеток являются также одной из причин ошибочной цитологической диагностики. Например, выраженная жировая дистрофия гепатоцитов может привести к гипердиагностике метастаза почечноклеточного светлоклеточного рака, особенно при уже состоявшемся диагнозе рака почки.

Большую проблему цитологии представляет дифференциальная диагностика различных степеней диспластических изменений эпителия и внутриэпителиального рака. Присутствие при тяжелой дисплазии полиморфных крупных клеток с большими неправильно округлыми ядрами, иногда с увеличенными ядрышками, двуядерных клеток с тяжистым рисунком хроматина может быть неверно расценено как рак. При диспластических изменениях плоского эпителия необходимо учесть, что большинство клеток сходны с клетками глубоких слоев, крупные атипические клетки находятся в тесной связи с клетками без признаков атипии, имеются клетки стромы. Для объективизации дифференциальной диагностики различных степеней дисплазии и внутриэпителиального рака желательно проведение морфометрии клеток и ядер, что позволяет значительно снизить процент ошибочных заключений.

Нередко причиной гипердиагностики метастатического поражения в лимфатических узлах являются комплексы клеток укрупненного эндотелия и гистиоцитов, образующих эпителиоподобные структуры, а также наличие макрофагов с содержанием бурого пигмента. При затруднениях диагностики помогает иммуноцитохимическое исследование с небольшим набором антител (VIII фактор, цитокератины, ЭМА, НМВ-45), позволяющее подтвердить или отвергнуть наличие метастазов рака или меланомы.

Во избежание ошибок морфологической диагностики большое значение имеет четкое указание на характер проведенного лечения. Например, прием довольно распространенного антибиотика тетрациклина приводит к накоплению в клетках щитовидной железы бурого пигмента и ошибочному диагнозу метастаза меланомы. Прием мерказолила при зобе сопровождается резким полиморфизмом фолликулярного эпителия, что служит причиной цитологической и даже гистологической гипердиагностики фолликулярного рака. Проведение лучевой терапии вызывает выраженные изменения не только опухолевых клеток, но и нормального эпителия: укрупнение, полиморфизм клеток, патологическое ороговение, что является причиной гипердиагностики рака.

Имеются и объективные диагностические проблемы, например, в дифференциальной диагностике между эндометриоидной высокодифференцированной аденокарциномой и атипической гиперплазией эндометрия, себоррейной (базальноклеточной) кератомой и базально-клеточным раком, инфекционным мононуклеозом и болезнью Ходжкина, где достаточно высокий процент ошибочных заключений и требуется дальнейшая разработка цитологических критериев диагностики.

Знание клинической картины, характера проведенного лечения, применение современных методик морфологической диагностики с использованием иммуноцитохимии и морфометрии способствует сведению случаев гипердиагностики к нулю.

Вместе с истинной цитологической гипердиагностикой существует ложная гипердиагностика, когда цитолог дает уверенное заключение о злокачественном процессе, а при гистологическом исследовании опухоли не обнаруживается, то есть фактически имеет место гистологическая гиподиагностика. Пересмотр цитологических препаратов несколькими высококвалифицированными специалистами, повторное взятие биопсии, клиническое течение заболевания в дальнейшем подтверждают результаты цитологического исследования. Больше всего ложной цитологической гипердиагностики относится к исследованию биопсийного материала из бронхов и гортани, а также при исследовании лимфатическиих узлов, когда при цитологическом исследовании выявлялись единичные комплексы анаплазированных клеток, несомненно принадлежащих раку. При приготовлении гистологических препаратов эти комплексы теряются в готовых гистологических препаратах. Реальная потеря немногочисленных опухолевых клеток при приготовлении гистологических препаратов не допускает игнорирования клиницистом данных цитологического исследования и приводит к «золотому» стандарту – совместному цитологическому и гистологическому исследованию биоптата.

Интраоперационная цитологическая диагностика – одно из основных направлений цитологического метода исследования. Во время операции, используя цитологический метод, уточняется характер патологического процесса, степень распространенности с выявлением метастазов в лимфатические узлы, печень и другие органы, производится контроль радикальности выполненной операции с исследованием краев резекции. Роль цитологии возрастает при разработке показаний к расширенным лимфоаденэктомиям и при определении так называемых «сторожевых», или «сигнальных», лимфатических узлов, которых может быть шесть, и применение гистологического метода невозможно из-за длительности исследования. По данным ведущих клиник, ошибка срочного гистологического исследования «сторожевых» лимфатических узлов составляет 25%, поэтому они рекомендуют использовать интраоперационное цитологическое исследование отпечатков с поверхности разрезанного лимфатического узла. По нашим данным, достоверность срочного цитологического исследования по выявлению метастатического поражения лимфатических узлов составляет 97-99%.

Надо отметить, что к срочному морфологическому исследованию могут быть противопоказания. Срочное интраоперационное морфологическое исследование не рекомендуется выполнять при подозрении на внутриэпителиальный рак с ограниченным очагом поражения из-за того, что не останется материала для планового гистологического исследования. Цитологические критерии внутриэпителиального рака только разрабатываются, и цитолог может дать заключение о раке, не указывая, что это Carcinoma in situ. При внутрипротоковых папилломах небольшого размера срочное гистологическое исследование лучше не выполнять, а цитологическое исследование достоверно поможет установить характер процесса.

При срочной морфологической диагностике существенно помогает макроскопическое исследование операционного материала. Опытный морфолог при визуальном исследовании уже может поставить диагноз, но для подтверждения диагноза необходимо микроскопическое исследование. Например, опухолевый узел классической звездчатой формы может быть при трех совершенно разных процессах: при раке, склерозирующем аденозе с центром Семба и липогранулеме. И только микроскопическое исследование позволяет правильно поставить диагноз.

Цитологический метод позволяет в динамике, не травмируя пациента, изучать лечебный патоморфоз при химиолучевой и фотодинамической терапии.

XX столетие названо в медицинских кругах веком цитопатологии. Оценивая возможности цитологического метода, можно сказать, что есть еще возможности его развития в комбинации с другими дисциплинами и методами.

Иммуноцитохимическое исследование нередко является решающим в дифференциальной диагностике новообразований, когда при рутинном исследовании возникают непреодолимые трудности для установления гистогенеза отдельных опухолей, определения источника метастазирования, трактовки первично-множественных поражений.

За последние годы достигнут огромный прогресс в клиническом использовании различных биологических маркеров. В отличие от сывороточных маркеров, клеточные маркеры определяются непосредственно в опухолевых клетках ИЦХ исследованием, в основе которого лежит реакция антиген-антитело. В их числе онкогены, рецепторы эстрогенов и прогестерона, молекулы, опосредующие апоптоз, рецепторы факторов роста и т. д. Все эти показатели позволяют более детально изучить молекулярно-биологические особенности опухолевых клеток, ассоциированные со степенью дифференцировки, способностью к инвазии и метастазированию, чувствительностью к химиотерапии, и, следовательно, с особенностями течения и прогнозом заболевания в каждом конкретном случае.

Специфических маркеров дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных опухолевых процессов не существует, но на сегодняшний день активно ведутся научные изыскания в решении этой проблемы. Так, равномерное окрашивание герминативных центров лимфоидных фолликулов с использованием антител bcl-2 указывает на фолликулярную лимфосаркому, в то время как негативная реакция свидетельствует о доброкачественном гиперпластическом процессе; реакция с антителами HBME-1 при ИЦХ исследовании опухолей щитовидной железы часто положительная в злокачественных новообразованиях и практически отсутствует при доброкачественных, в дифференциальной диагностике широко применяют галектин-3, экспрессирующийся карциномами щитовидной железы из А-клеток (папиллярный, фолликулярный) с отсутствием экспрессии в фолликулярных аденомах, зобах и нормальной ткани щитовидной железы.

Для установления гистогенеза и дифференциальной диагностики опухолей разработаны и постоянно совершенствуются, схемы C.R.Taylor и R.J. Cote (1994 г.). Разнообразие моноклональных антител, используемых в иммуноцитохимических исследованиях тонкоигольных пунктатов, в каждом конкретном случае позволяет ответить на вопрос, имеет ли данная опухоль эпителиальное происхождение или является саркомой, меланомой, лимфомой. Иммуноцитохимия широко применяется для иммунофенотипирования злокачественных лимфом, без чего, по современным канонам, невозможно начать лечение.

Иммуноцитохимическое исследование помогает в определении источника метастазирования при невыявленном первичном очаге. К сожалению, органоспецифических маркеров не так уж и много. К их числу могут быть отнесены специфический антиген предстательной железы (ПСA), позволяющий идентифицировать метастазы рака простаты более чем в 95% случаев; тиреоглобулин, экспрессирующийся в 92–98% фолликулярного и папиллярного рака щитовидной железы, и кальцитонин, экпрессирующийся в 80% медуллярных раков щитовидной железы В некоторых случаях рак щитовидной железы может экспрессировать и кальцитонин, и тиреоглобулин, что только с помощью иммуноферментной диагностики позволяет диагностировать диморфные А-С-клеточные раки.

Одним из первых показателей, вошедших в практику лечения больных раком молочной железы (РМЖ), и относящихся к категории клеточных маркеров, были рецепторы стероидных гормонов. Рецепторы стероидных гормонов – это белки, специфически и избирательно связывающие соответствующие стероиды после их проникновения в клетку.

По данным ВОЗ (2003 г.), экспрессия рецепторов эстрогенов (РЭ+) и прогестерона (РП+) в инвазивных протоковых раках составляет 70-80%; инвазивный дольковый рак в 70-95% экспрессирует РЭ, в 60-70% -РП, 100% экспрессия РЭ отмечена в инвазивном криброзном, муцинозных опухолях молочной железы. Эдокринная терапия наиболее эффективна у больных с первичными опухолями с высоким уровнем рецепторов стероидов. При метастатических поражениях степень реакции на эндокринную терапию также зависит от наличия РЭ и РП в опухоли: её эффективность составляет около 10–15% при гормонотрицательных опухолях, 27% при опухоли с РЭ+ и РП-, 46% при статусе РЭ- и РП+ и 75% при опухолях, содержащих РЭ+ и РП+. Рецепторположительные опухоли молочной железы имеют более высокую дифференцировку и более благоприятный прогноз.

Необходимо отметить, что рецепторы гормонов в доброкачественных образованиях молочной железы еще мало изучены. Отмечено повышение числа РЭ+ клеток в нормальной ткани молочной железы с увеличением возраста, а также при склерозирующем аденозе, папилломах, фиброаденомах и листовидных опухолях. Коэкспрессия РЭ+/Ki-67+ с разной степенью выраженности и соотношения большей частью выявлялась в патологии, связанной с риском развития РМЖ.

Рецепторы эстрогенов экспрессируются в клетках рака эндометрия, яичников, шейки матки, щитовидной железы, кишечника, нейроэндокринных опухолей, в том числе карциноидов.

Иммуноцитохимическое исследование позволяет на дооперационном этапе установить важнейшие факторы прогноза опухолевого процесса и скоррегировать схемы лечения. Пролиферативная активность многих новообразований оценивается с помощью антител Ki-67 в злокачественных лимфомах, опухолях молочной, предстательной, поджелудочной железы, легких, гипофиза, толстой кишки. Обнаружена связь между значениями индекса пролиферации и степенью гистологической дифференцировки опухоли и клиническим прогнозом при раке эндометрия, яичников, легкого, молочной железы, мочевого пузыря, лимфомах, опухолях нервной системы.

Гиперэкспрессия онкопротеина C-erbB-2(HER2/neu), являющегося рецептором эпидермального фактора роста 2-го типа, придающего клеткам свойство неограниченного деления, служит фактором риска рецидива заболевания для ряда опухолей: рака молочной железы, толстой кишки, лёгкого и др. Экспрессия онкобелка C-erbB-2 при ИГХ исследовании обнаруживается в 15–40% РМЖ. Выявление онкопротеина C-erbB-2, по мнению некоторых авторов, ассоциируется с высокой степенью злокачественности опухоли, отсутствием РЭ и РП, высокой митотической активностью, устойчивостью к химиотерапии и требует назначение герцептина.

Наличие метастазов в лимфатических узлах при опухолевом поражении является главным дискриминирующим прогностическим признаком. С помощью иммуноцитохимического исследования можно выявить единичные циркулирующие кератин-положительные клетки РМЖ в костном мозге и периферической крови. Применение ИЦХ исследования повышает выявляемость микрометастазов в лимфатических узлах на 3,2–24%.

Иммуноцитохимические реакции оцениваются как качественно при уточнении гистогенеза опухоли, наличии метастаза в лимфатическом узле или другом органе, иммунофенотипировании лимфом, так и количественно – при оценке пролиферативной активности, экспрессии рецепторов гормонов в опухоли, онкопротеина С-erbB-2 и т.д. Иммуноцитохимическая реакция может быть ядерной, цитоплазменной и мембранной. Ядерная реакция проявляется интенсивным окрашиванием ядра и бывает при определении РЭ и РП, Ki–67, PCNA, p53 и т.д. Цитоплазменная реакция характеризуется диффузным окрашиванием цитоплазмы или отложением гранул в виде грубых пятен и зерен. Цитоплазменное окрашивание дают хромогранин, синаптофизин, белок S-100, виментин, десмин, тиреоглобулин, кальцитонин, цитокератины, bcl-2 и т.д. Оценка этой реакции требует большой осторожности и контроля, так как фоновое окрашивание цитоплазмы клеток может быть принято за истинную реакцию. Мембранное окрашивание наблюдается при проведении реакции с онкопротеином C-erbB-2 и ЭМА (эпителиальным мембранным антигеном). Окрашивание в таких случаях только цитоплазмы не должно учитываться как экспрессия антигена. Маркер крупноклеточной анаплазированной лимфомы CD-30 может экспрессироваться как в цитоплазме, так и на мембране клетки.

Для количественной оценки экспрессии маркера Мс. Carthy и соавторы разработали систему подсчета Histo score (H.S.). Система подсчета включает интенсивность иммуноцитохимической окраски, оцениваемую по 4-балльной шкале, и долю окрашенных клеток и представляет собой сумму произведений процентов, отражающих долю клеток с различной интенсивностью окраски на балл, соответствующий интенсивности реакции. Интенсивность окраски в баллах: 0 – нет окрашивания, 1 – слабое окрашивание, 2 – умеренное окрашивание, 3 – сильное, 4 – очень сильное окрашивание. Формула подсчета:

Histochemical score = ∑ P(i)×i (гистосчет),

где i – интенсивность окрашивания, выраженная в баллах от 0 – 4,

Р(i) – процент клеток, окрашенных с разной интенсивностью.

Максимальное количество Histo score соответственно должно быть 400. Подсчет проводится в трех когортах по 100 опухолевых клеток в различных полях зрения (объектив х 40).

В практической работе допустимо использование полуколичественной оценки. Реакция считается отрицательной при полном отсутствии или экспрессии антигена менее 5%–10% опухолевых клеток, слабоположительной – от 5%–10% до 24% клеток, умеренно положительной – в 25%–75%, выраженной – более чем в 75% клеток. При оценке иммуноферментной реакции принимают во внимание интенсивность и полноту окрашивания цитолеммы клеток в центре опухолевого очага. Так, яркая, мембранная, беспрерывная по контуру клетки реакция обозначает выраженную экспрессию белка С-erbB-2 (+++), что в 95% случаев подтверждается амплификацией гена С-erbB-2, выявляемой с помощью FISH (флуоресцентной гибридизацией in situ).

Сопоставляя данные иммуноцитохимических исследований различных опухолей с целью уточнения гистогенетической принадлежности и результатов послеоперационных морфологических заключений, получены следующие результаты: 89% совпадений при анализе опухолей щитовидной железы, 83% при уточнении гистогенеза первичной опухоли и метастазах в лимфатических узлах, 89% – при опухолях мягких тканей и кожи и 100% – при исследовании биологических жидкостей. При определении гормонального статуса РМЖ процент совпадения ИЦХ и ИГХ исследований составляет 88,3%, при исследовании пролиферативной активности – 83%, при определении онкопротеина C-erbB-2 – 93,2%.

При сравнении возможностей ИЦХ исследования при выполнении пункционной биопсии и ИГХ исследования при трепанобиопсии преимущества ИЦХ, на наш взгляд, несомненны. Пункционная биопсия – более простая процедура, не сопровождается такими осложнениями, как воспаление, кровотечение, и позволяет получить полноценный клеточный материал. При неудачной пункции и попадании в некроз, строму опухоли, окружающие ткани можно практически безболезненно повторить процедуру. Кроме того, отсутствует потеря и маскировка антигенов при проводке и депарафинизации материала с использованием агрессивных химических реагентов.

Использование иммуноцитохимического исследования позволяет расширить возможности морфологических методов и на дооперационном этапе уточнить гистогенез, диагностировать первично-множественные поражения, степень распространения и оценить некоторые показатели прогноза и чувствительность опухоли к химиогормонотерапии.

На современном этапе развития в цитологии используются методы молекулярной и генной диагностики: гибридизация in situ, Southern Blotting, Nothern Blooting, Western Blotting, DNK Microarray и т.д) В научной и практической работе цитологи применяют проточную цитофотометрию.

Одним из путей совершенствования цитологического метода исследования является применение морфометрии, что позволяет получать объективные количественные параметры. Например, при обработке на компьютере выделены наиболее информативные морфометрические признаки, относящиеся к параметрам ядра с использованием основных диагностических морфометрических признаков: площадь, периметр, оптической плотности, коэффициент поляризации ядер, числа ядрышек, их площади и периметра. Разработаны объективные морфометрические признаки различных степеней дисплазии при дисгормонально-гиперпластических процессах молочной железы, шейки матки, что уменьшило долю субъективизма в определении различных степеней дисплазии.

Развиваются новые методы микроскопии: фазово-контрастная, флюоресцентная, конфокальная и т.д. Создание компьютерных систем обучения, развитие метода телеконсультации также предъявляют новые требования и, несомненно, будут способствовать развитию и совершенствованию цитологического метода диагностики.

Волченко Надежда Николаевна

д.м.н., профессор, руководитель отделения
онкоцитологии МНИОИ им.П.А.Герцена

Что такое стволовые клетки | ivfrigastemcells.lv

Стволовые клетки – это клетки-предшественники всех клеток и тканей нашего организма. Стволовые клетки способны поддерживать свою численность с помощью деления и обладают способностью дифференцироваться (превращаться) в различные типы клеток. 
С возрастом количество стволовых клеток в организме человека снижается. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения, тяжелых заболеваний или вредных привычек (курение и употребление алкоголя) лишает организм возможности самовосстановления. Из-за этого может нарушаться функционирование тех или иных органов.

Источники стволовых клеток человека (после рождения): 

Стволовые клетки человека условно разделяют на гемопоэтические и мезенхимальные

Гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки (ГСК) образуют разнообразие клеток крови, определяющих иммунитет, борющихся с инфекциями, переносящих кислород и участвующих в процессах свертывания крови. История клинического применения гемопоэтических стволовых клеток началась более 60 лет назад, и сейчас трансплантация гемопоэтических стволовых клеток — метод первого выбора при лечении гематологических, некоторых онкологических и ряда иммунологических и наследственных заболеваний.

Гемопоэтические стволовые клетки можно получить из костного мозга, периферической крови (после введения специальных препаратов) и из пуповинной крови. Если в первые десятилетия практически единственным источником служил костный мозг, то с 1988 года —  с момента первой (и сразу успешной) трансплантации пуповинной крови профессором E. Gluckman мальчику с анемией Фанкони – пуповинная кровь заняла достойное место в современной трансплантологии.
 
Часто у пациента просто нет времени ждать вызова донора костного мозга, повторных анализов и подготовки донора к забору костного мозга, кроме того, учитывая жесткие требования по совпадению HLA-генотипа донора и пациента, подобрать образец костного мозга получается не для всех. В таких случаях трансплантация пуповинной крови – не просто альтернатива трансплантации костного мозга, а единственный шанс для пациента. 

Но даже в менее «экстремальных» ситуациях, при возможности подбора донора костного мозга, предпочтение может быть отдано именно трансплантации пуповинной крови — за счет сниженных рисков отторжения и возникновения реакции трансплантат против хозяина (РТПХ). Поэтому пуповинная кровь становится все более востребованным источником гемопоэтических стволовых клеток для трансплантации, и на сегодняшний день, по данным World Marrow Donor Association (WMDA), проведено более 30 000 трансплантаций пуповинной крови. 

Мезенхимные (стромальные) стволовые клетки (МСК) способны превращаться в клетки костной, хрящевой, соединительной ткани, формировать элементы кровеносных сосудов. Кроме восполнения утраченных элементов этих тканей, мезенхимальные стволовые клетки синтезируют большой набор биологически активных веществ, с помощью которых могут изменять поведение других типов клеток, например, клеток иммунной системы.

Такие биологические функции мезенхимальных стволовых клеток сделали их востребованным источником для регенеративной терапии: к концу 2017 года в международной базе клинических испытаний зарегистрировано более 780 исследований с использованием МСК (https://clinicaltrials.gov). Многообещающие результаты были получены при применении МСК для восстановления тканей при травмах опорно-двигательного аппарата, язвах и ожогах, для профилактики и/или лечения реакции трансплантат против хозяина при онкологических заболеваниях, при терапии иммунопатологических процессов, ишемии нижних конечностей, патологии сердечно-сосудистой системы, дегенеративных процессов в хрящевой ткани и даже в реконструктивной стоматологии. Важно, что по результатам всех клинических исследований применение МСК не приводит к возникновению серьезных побочных эффектов.
 
В качестве основных источников получения мезенхимальных стволовых клеток выступают костный мозг, жировая ткань и ткани пуповины. В отличие от МСК костного мозга и жировой ткани, мезенхимальные стволовые клетки пуповины – это молодые клетки, не подвергавшиеся действию негативных факторов внешней среды и поэтому обладающие высокой функциональной активностью. Важным преимуществом мезенхимальных стволовых клеток пуповины является также совершенная безболезненность и безопасность сбора ткани для их получения, кроме того, в случае сохранения МСК пуповины эти клетки могут быть в любой момент разморожены и применены значительно быстрее, чем клетки из других источников.  

Существует несколько источников стволовых клеток человека:

• костный мозг;
• жировая ткань;
• периферическая кровь;
• пуповинная кровь (забор стволовых клеток пуповинной крови производится только в момент рождения ребенка)
• ткань пуповины

Южный федеральный университет | Пресс-центр: Выживание нервных клеток в стрессовых ситуациях ученые ЮФУ оценили на примере речного рака

Ученые Лаборатории «Молекулярная нейробилогия» Южного федерального университета разработали экспериментальную модель на основе рецептора речного рака для изучения сигнальных механизмов выживания и гибели нейронов и глиальных клеток, находящихся под воздействием стресса.

В современном научном мире большое значение имеет грамотно выбранная эмпирическая модель исследования. Изучение молекулярно-клеточных механизмов нервной системы представляет большую актуальность, но омрачено дороговизной модельных объектов и слабой возможности переноса полученных результатов на человеческий организм. Научным коллективом лаборатории «Молекулярная нейробиология» Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского была поставлена задача найти и разработать удобную экспериментальную модель изучения сигнальных механизмов выживания и гибели нейронов и глиальных клеток (проводники нервных импульсов) в условиях различных стрессовых воздействий. «Золотым ключом» решения проблемы стал обыкновенный речной рак.

«На периферии брюшка рака расположен рецептор растяжения, состоящий из двух механорецепторных нейронов, окруженных глиальными клетками, а также пары рецепторных мышц. Не нужно готовить сложные смеси для выращивания культуры клеток, достаточно поместить нейроны в простой физиологический раствор для хладнокровных животных, который можно приготовить в любой биохимической лаборатории в течение пяти минут. Так, введя микроэлектроды в клетки и подключив их к специальному оборудованию, можно услышать биение «невидимых сердец» механорецепторных нейронов речных раков — биоэлектрическую импульсную активность.  Добавляя в раствор с нейронами активаторы и ингибиторы различных сигнальных белков, можно буквально за несколько часов оценить их нейропротекторный либо нейротоксический эффект в таких шок-ситуациях для клетки, как, например, полный разрыв аксона (отросток нейрона, передающий биоэлектрические сигналы), либо фотодинамическое воздействие. Разработанная модель позволяет выявить внутриклеточные процессы, регулирующие выживание и различные формы гибели нервных клеток – апоптоз или некроз при окислительном повреждении, что очень важно для лечения многих патологий, таких как, например, инсульт, онкология, травма нервов», – рассказал Станислав Родькин, младший научный сотрудник Лаборатории «Молекулярная нейробиология». 

По словам ученого, оба воздействия являются прямым отражением важнейших проблем здравоохранения. Первое – полный разрыв аксона часто сопровождает травмы нервов, второе – фотодинамическая терапия (метод повреждения патологически измененной ткани, протекающий при взаимодействии света, кислорода и фотосенсибилизатора) используется для лечения онкологии, в частности опухолей мозга.

«В первом случае нужно сохранить поврежденные нейроны для их регенерации, во втором — здоровые, окружающие опухоль. Но как это сделать, когда не знаешь, как работает сложная клеточная машина в условиях стресса? Механорецепторные нейроны – вот ответ. Это идеальная модель для изучения электрофизиологии, морфологии и биохимии. Мы окрасили нейроны и глиальные клетки недорогими красителями – пропидиумом йодида и Hoechst-33342 и увидели «флуоресценцию жизни либо смерти». Пропидиум йодид визуализирует некротические, то есть мертвые, клетки, а Hoechst-33342 – живые», – рассказал Станислав Родькин.

Так, можно оценивать влияние различных веществ на выживание нейронов и глиальных клеток в условиях шок-реакций на доступной и, главное, эффективной модели с помощью речного рака. Это расширяет понимание о фундаментальных механизмах клеточной адаптации к стресс-воздействиям, а также вносит существенный вклад в разработку методов защиты нейронов. Результаты проекта опубликованы в журналах Journal of Photochemistry and Photobiology и Journal of Molecular Neuroscience.

Автор текста: Софико Чагалидзе

МОДЕЛЬ УСКОРЕНИЯ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК НА ПРИМЕРЕ РАЗИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РЕПРОГРАММИРОВАНИЯ КЛЕТОК | ЦВЕТКОВА

1. Проект Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации до 2035 года от 05 мая 2016 г. (2016) / Фонд «Центр стратегических разработок». http://sntr-rf.ru/upload/iblock/4c6/%D0%A1%D0%9D%D0%A2%D0%A0%2005.05.2016_%D1%80%D 0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%2022.pdf.

2. Kazutoshi, T., Shinya, Y. (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors // CELL. V. 126. Issue 4. P. 663–676.

3. Передовые клеточные технологии: от науки к практике. Интервью с Алексеем Томилиным (2016) / Новости GMP. 05.04.2016. http://gmpnews.ru/2016/04/peredovye-kletochnye-texnologii-ot-nauki-k-praktike.

4. Complete 2015–16 Induced Pluripotent Stem Cell (iPSC) Industry Report (2015) / BioInformant. http://www.researchmoz.us/complete‑2015–16-induced-pluripotent-stem- cell-ipsc-industry-reportreport.html.

5. Stem Cell Research Patent Landscape (Briefing Note) (2015) / The Hinxton Group. https://hinxtongroup. wordpress.com/background‑2/ip-landscape.

6. Головнин В. (2013) В Японии начал работу первый в мире банк стволовых клеток / ИТАР-ТАСС. 06/12/2013. http://itar-tass.com/nauka/814785.

7. Striklin D. (2014). 3 Companies Banking on Regenerative Medicine / Wall Street Cheat Sheet. 13.01.2014. http://wallstcheatsheet.com/stocks/3- companies-banking-on-regenerative-medicine.html/?a=viewall.

8. Hildreth C. (2015) 5 Market Leaders in iPS Cell Therapy Development You Need to Know / BioInformant. 16.07.2015. http://webcache. g o o g l e u s e r c o n t e n t . c o m / s e a r c h ? q = c a c h e : fhpHYTCNwu8J: www.bioinformant.com/fivecompanies-developing-induced- pluripotent-stem-celltherapies/+&cd=1&hl=ru&ct=clnk&gl=ru.

9. Cellular Dynamics International Announces Closing of Initial Public Offering (2013) / Cellular Dynamics International. 30.07.2013.

10. Fujifilm Holdings To Acquire Cellular Dynamics International, Inc. (2015) / PRNewswire. 30.03.2015. http://www.prnewswire.com/news-releases/fujifilmholdings-to-acquire- cellular-dynamics-internationalinc‑300057456.html.

11. Инновации – Стратегии будущего (2016) / Портал FujiFilm. https://www.fujifilm.eu/ru/innovation/ stories/regenerative-medicine.

12. Томилин А. Н. (2016) Фундаментальные основы клеточных технологий и их применение в регенеративной медицине. Доклад на заседании Президиума Российской Академии наук / Портал РАН. 26.01.2016. http://www.ras.ru/news/news_release.aspx? ID=f3a9bf87–2593–4b5aac2e‑460b944291c7.

13. Михайлова Н. (2011) Ген-самоубийца в стволовых клетках / Портал STRF.RU – Наука и технологии РФ. 05.08.2011. http://www.strf.ru/mobile.aspx? CatalogId=393&d_no=41505.

14. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) (2016) / Портал Института молекулярной биологии и генетики «СЗФМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России. http://www.almazovcentre.ru/?page_id=4488.

15. Сибирские ученые разработали новый способ поиска и уничтожения рака (2016) // Наука в Сибири. 01.07.2016. http://www.sbras.info/news/sibirskie-uchenye-razrabotali- novyi-sposobpoiska-i-unichtozheniya-raka.

16. Лаборатория генетических основ клеточных технологий (2016) Портал Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН. http://vigg.ru/institute/podrazdelenija/otdel- ehpigenetiki/laboratorijageneticheskikh-osnov-kletochnykh-tekhnologii/?no_cache=1&sword_list%5B%5D=%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BE% D0%B2%D1%8B%D1%85.

17. Лаборатория клеточных технологий (2016) Портал Института Стволовых Клеток Человека. http://hsci.ru/napravleniia/nauchnye-issledovaniiai-razrabotki/lkt.

18. Проект реализации технологической платформы «Постгеномные и клеточные технологии в биологии и медицине» (2010) / МГУ им М. В. Ломоносова / Портал STRF.RU – Наука и технологии РФ. 08.12.2010. http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=372&d_no=35612.

19. Технологическая платформа «Постгеномные и клеточные технологии» (2010) / Фармминнотех. 02.11.2010. https://sites.google.com/a/pharminnotech.com/rec/news/tech-platformsmsu.

20. Шустиков В. (2013) Подписано Соглашение о создании ЦНИО Сколтех по исследованию стволовых клеток в партнерстве с университетом Гронингена / Сколково. 09.04.2013. http://sk.ru/news/b/pressreleases/archive/2013/04/09/podpisanosoglashenie-o-sozdanii- cnio-skolteh-po-issledovaniyustvolovyh-kletok-v-partnerstve-s-universitetomgroningena.aspx.

21. Научная конференция «Терапия Будущего» (2014) / Сколково. http://sk.ru/events/2255.aspx.

22. Шустиков В. (2013) Сколково и Нидерланды сделают бизнес на стволовых клетках / Сколково. 15.04.2013. http://sk.ru/news/b/press/archive/2013/04/15/skolkovo-i- niderlandy-sdelayutbiznes-na-stvolovyh-kletkah.aspx.

23. The 9 CREIs are Centers for Research, Education and Innovation established in collaboration with international and Russian Partners (2016) /Skoltech Research. http://www.skoltech.ru/research/ en.

24. CTERP 2016 – International conference cell technologies at the edge: research and practice (2016) / CTERP. http://cterp.org/cterp‑2016-abstracts-are-published.

25. Лисовский А. (2012) «Газпром» не будет сокращать финансирование «Зенита» // Комсомольская правда. 24.12.2012. http://www.kp.ru/online/news/1328465.

26. О развитии новых производственных технологий(2014) Заседание Президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию от 16 сентября 2014 г. /Официальный сайт Правительства России. http://government.ru/news/14787.

27. Заседание Совета по науке и образованию при Президенте РФ 21 января 2016 г. (2016) Стенограмма / Официальный сайт Президента России. http://www.kremlin.ru/events/councils/bycouncil/6/51190.

28. Долгосрочный прогноз научно-технологического развития Российской Федерации до 2025 года / Минобрнауки России. http://old.mon.gov.ru/files/materials/5053/prog.ntr.pdf.

Ячейка

— определение, функции, типы и примеры

Определение ячейки

Ячейки являются основной единицей жизни. В современном мире это самый маленький из известных нам миров, который выполняет все жизненные функции. Все живые организмы являются либо отдельными клетками, либо многоклеточными организмами, состоящими из множества клеток, работающих вместе.

Ячейки — это наименьшее известное устройство, которое может выполнять все эти функции. Определяющие характеристики, которые позволяют клетке выполнять эти функции, включают:

• Клеточная мембрана, которая удерживает вместе химические реакции жизни.
• По крайней мере, одна хромосома, состоящая из генетического материала, который содержит «чертежи» и «программное обеспечение» клетки.
• Цитоплазма — жидкость внутри клетки, в которой происходят химические процессы жизни.

Ниже мы обсудим функции, которые клетки должны выполнять, чтобы облегчить жизнь, и как они выполняют эти функции.

Функция клеток

Ученые определяют семь функций, которые должен выполнять живой организм.Это:

1. Живое существо должно реагировать на изменения в окружающей среде.
2. Живое существо должно расти и развиваться на протяжении всей своей жизни.
3. Живое существо должно иметь возможность воспроизводить или копировать себя.
4. У живого существа должен быть метаболизм.
5. Живое существо должно поддерживать гомеостаз или сохранять внутреннюю среду неизменной независимо от внешних изменений.
6. Живое существо должно состоять из клеток.
7. Живое существо должно передавать черты своему потомству.

Биология клеток позволяет живым существам выполнять все эти функции. Ниже мы обсудим, как они делают возможными функции жизни.

Как работают клетки

Для их выполнения они должны иметь:

• Клеточную мембрану, которая отделяет внутреннюю часть клетки от внешней. Концентрируя химические реакции жизни внутри небольшой области внутри мембраны, клетки позволяют реакциям жизни протекать намного быстрее, чем они могли бы в противном случае.
• Генетический материал, способный передавать признаки потомству клетки. Чтобы размножаться, организмы должны гарантировать, что их потомство имеет всю информацию, необходимую им для выполнения всех жизненных функций. Все современные клетки достигают этого с помощью ДНК, чьи свойства спаривания оснований позволяют клеткам делать точные копии «чертежи» и «операционная система» ячейки. Некоторые ученые считают, что первые клетки могли использовать вместо этого РНК.
• Белки, выполняющие широкий спектр структурных, метаболических и репродуктивных функций.
  Существует бесчисленное множество различных функций, которые клетки должны выполнять для получения энергии и воспроизводства.
  В зависимости от клетки, примеры этих функций могут включать фотосинтез, расщепление сахара, передвижение, копирование собственной ДНК, позволяя одним веществам проходить через клеточную мембрану, не допуская проникновения других веществ и т. Д.
  Белки состоят из аминокислот, которые подобны «лего» биохимии. Аминокислоты бывают разных размеров, разных форм и с разными свойствами, такими как полярность, ионный заряд и гидрофобность.
  Соединяя аминокислоты вместе на основе инструкций в их генетическом материале, клетки могут создавать биохимические механизмы для выполнения практически любых функций.
  Некоторые ученые считают, что первые клетки могли использовать РНК для выполнения некоторых жизненно важных функций, а затем перешли на гораздо более универсальные аминокислоты, чтобы выполнять эту работу в результате мутации.

Различные типы ячеек, которые мы обсудим ниже, имеют разные способы выполнения этих функций.

Типы клеток

Из-за того, что на Земле существуют миллионы разнообразных видов жизни, которые со временем растут и меняются постепенно, между бесчисленным количеством существующих типов клеток существует бесчисленное множество различий.

Однако здесь мы рассмотрим два основных типа ячеек и две важные подкатегории каждой из них.

Прокариоты

Прокариоты — более простые и старые из двух основных типов клеток. Прокариоты — одноклеточные организмы. Бактерии и архебактерии являются примерами прокариотических клеток.

Прокариотические клетки имеют клеточную мембрану и один или несколько слоев дополнительной защиты от внешней среды. Многие прокариоты имеют клеточную мембрану из фосфолипидов, окруженную клеточной стенкой из жесткого сахара.Клеточная стенка может быть окружена другой толстой «капсулой» из сахаров.

Многие прокариотические клетки также имеют реснички, хвосты или другие способы, которыми клетка может контролировать свое движение.

Прокариотическая клетка

Эти характеристики, а также клеточная стенка и капсула отражают тот факт, что прокариотические клетки действуют в окружающей среде в одиночку. Они не являются частью многоклеточного организма, у которого могут быть целые слои клеток, предназначенные для защиты других клеток от окружающей среды или создания движения.

Прокариотические клетки имеют одну хромосому, которая содержит весь основной наследственный материал клетки и инструкции по эксплуатации. Эта единственная хромосома обычно круглая. Нет ни ядра, ни каких-либо других внутренних мембран или органелл. Хромосома просто плавает в цитоплазме клетки.

Дополнительные генетические признаки и информация могут содержаться в других генных единицах в цитоплазме, называемых «плазмидами», но обычно это гены, которые передаются назад и вперед прокариотами в процессе «горизонтального переноса генов», то есть когда один клетка передает генетический материал другому.Плазмиды содержат несущественную ДНК, без которой клетка может жить, и которая не обязательно передается потомству.

Когда прокариотическая клетка готова к воспроизведению, она делает копию своей единственной хромосомы. Затем клетка делится пополам, распределяя по одной копии своей хромосомы и случайный набор плазмид для каждой дочерней клетки.

На сегодняшний день ученым известны два основных типа прокариот: архебактерии, которые представляют собой очень древнюю линию жизни с некоторыми биохимическими отличиями от бактерий и эукариот, и бактерии, иногда называемые «эубактериями» или «настоящими бактериями» для дифференциации. их из архебактерий.

Бактерии считаются более «современными» потомками архебактерий.

В названии обоих семейств есть «бактерии», потому что различия между ними не были поняты до изобретения современных методов биохимического и генетического анализа.

Когда ученые начали подробно изучать биохимию и генетику прокариот, они обнаружили эти две очень разные группы, которые, вероятно, имеют разные отношения с эукариотами и разные истории эволюции!

Некоторые ученые считают, что эукариоты, такие как люди, более тесно связаны с бактериями, поскольку эукариоты имеют схожий химический состав клеточных мембран с бактериями.Другие думают, что архебактерии более близки к нам, эукариотам, поскольку они используют похожие белки для воспроизведения своих хромосом.

Третьи думают, что мы могли быть потомками обоих — что эукариотические клетки могли возникнуть, когда архебактерии начали жить внутри бактериальной клетки, или наоборот! Это объяснило бы, почему у нас есть важные генетические и химические атрибуты обоих, и почему у нас есть несколько внутренних компартментов, таких как ядро, хлоропласты и митохондрии!

Эукариоты

Эукариотические клетки считаются наиболее современным основным типом клеток.Все многоклеточные организмы, включая вас, вашу кошку и комнатные растения, являются эукариотами. Эукариотические клетки, кажется, «научились» работать вместе, чтобы создать многоклеточные организмы, в то время как прокариоты, похоже, не могут этого сделать.

Эукариотические клетки обычно имеют более одной хромосомы, которая содержит большое количество генетической информации. Внутри тела многоклеточного организма разные гены в этих хромосомах могут быть «включены» и «выключены», что позволяет использовать клетки, которые имеют разные характеристики и выполняют разные функции в одном и том же организме.

Эукариотические клетки также имеют одну или несколько внутренних мембран, что привело ученых к выводу, что эукариотические клетки, вероятно, эволюционировали, когда один или несколько типов прокариот начали жить в симбиотических отношениях внутри других клеток.

Органеллы с внутренними мембранами, обнаруженные в эукариотических клетках, обычно включают:

• Для клеток животных — митохондрии, которые высвобождают энергию из сахара и чрезвычайно эффективно превращают ее в АТФ.
  Митохондрии даже имеют свою собственную ДНК, отдельную от ядерной ДНК клеток, что дополнительно подтверждает теорию о том, что раньше они были независимыми бактериями.
• Для растительных клеток — хлоропластов, которые осуществляют фотосинтез, производя АТФ и сахар из солнечного света и воздуха.
  Хлоропласты также имеют свою собственную ДНК, что позволяет предположить, что они, возможно, возникли как фотосинтезирующие бактерии.
• Ядро — В эукариотических клетках ядро ​​содержит основные схемы ДНК и рабочие инструкции для клетки.
  Считается, что ядерная оболочка обеспечивает дополнительный уровень защиты ДНК от токсинов или захватчиков, которые могут ее повредить.
  Неизвестно, могло ли ядро ​​когда-то быть эндосимбиотическим прокариотом или же его мембрана просто эволюционировала как дополнительный слой защиты ДНК клетки.
• Эндоплазматический ретикулум — Эта сложная внутренняя мембрана является основным местом образования белка для клеток. Эволюционное происхождение эндоплазматической сети неизвестно.
• Аппарат Гольджи — этот комплекс внутренних мембран можно рассматривать как «почтовое отделение» эндоплазматического ретикулума. Он получает белки из ER, упаковывает и «маркирует» их, прикрепляя при необходимости сахара, а затем отправляет их в конечный пункт назначения!
• Другое — Многие эукариотические клетки могут создавать временные внутренние мембранные «мешочки», называемые «вакуолями», для хранения отходов или упаковки важных материалов.
  Некоторые клетки, например, имеют специальные вакуоли, называемые «лизосомами», которые полны разъедающих веществ и пищеварительных ферментов.Клетки просто сбрасывают свой «мусор» в лизосомы, где суровые условия разбивают их на более простые компоненты, которые можно использовать повторно!

Примеры клеток

Архебактерии

Как упоминалось выше, архебактерии являются очень старой формой прокариотических клеток. Биологи фактически поместили их в свою «область» жизни, отдельно от других бактерий.

Ключевые особенности, по которым архебактерии отличаются от других бактерий, включают:

• Их клеточные мембраны, которые состоят из липидов, которых нет ни в бактериях, ни в мембранах эукариотических клеток.
• Их ферменты репликации ДНК, которые больше похожи на ферменты эукариот, чем на ферменты бактерий, что позволяет предположить, что бактерии и археи имеют лишь отдаленное родство, а архебактерии могут быть более близкими к нам, чем к современным бактериям.
• Некоторые архебактерии обладают способностью производить метан, что является метаболическим процессом, не обнаруженным ни у бактерий, ни у эукариот.

Уникальные химические свойства архебактерий позволяют им жить в экстремальных условиях, таких как перегретая вода, чрезвычайно соленая вода и некоторые среды, токсичные для всех других форм жизни.

Ученые были очень взволнованы в последние годы открытием Lokiarchaeota — типа архебактерий, которые имеют много общих генов с эукариотами, которые никогда ранее не обнаруживались в прокариотических клетках!

Сейчас считается, что Lokiarchaeota может быть нашим ближайшим живым родственником в прокариотическом мире.

Бактерии

Скорее всего, вы знакомы с типами бактерий, которые могут вызвать у вас заболевание. Действительно, распространенные патогены, такие как Streptococcus и Staphylococcus , являются прокариотическими бактериальными клетками.

Но есть также много типов полезных бактерий — в том числе те, которые разрушают мертвые отходы, превращая бесполезные материалы в плодородную почву, и бактерии, которые живут в нашем собственном пищеварительном тракте и помогают нам переваривать пищу.

Бактериальные клетки обычно живут в симбиотических отношениях с многоклеточными организмами, такими как мы, в почве и в любом другом месте, где они не слишком опасны для жизни!

Растительные клетки

Растительные клетки — это эукариотические клетки, которые являются частью многоклеточных фотосинтезирующих организмов.

Клетки растений имеют органеллы хлоропластов, которые содержат пигменты, которые поглощают фотоны света и собирают энергию этих фотонов.

Хлоропласты обладают замечательной способностью превращать световую энергию в топливо для клеток и использовать эту энергию для извлечения углекислого газа из воздуха и превращения его в сахара, которые могут использоваться живыми существами в качестве топлива или строительного материала.

Помимо хлоропластов, растительные клетки также обычно имеют клеточную стенку, состоящую из твердых сахаров, что позволяет тканям растений поддерживать свои вертикальные структуры, такие как листья, стебли и стволы деревьев.

Растительные клетки также имеют обычные эукариотические органеллы, включая ядро, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи.

Клетки животных

В этом упражнении давайте рассмотрим один из наиболее важных для вас типов клеток животных: вашу собственную клетку печени.

Как и все клетки животных, в нем есть митохондрии, которые выполняют клеточное дыхание, превращая кислород и сахар в большое количество АТФ для обеспечения клеточных функций.

Он также имеет те же органеллы, что и большинство клеток животных: ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и т. Д..

Но, будучи частью многоклеточного организма, ваша клетка печени также экспрессирует уникальные гены, которые придают ей уникальные черты и способности.

В частности, клетки печени содержат ферменты, расщепляющие многие токсины, что позволяет печени очищать кровь и расщеплять опасные отходы организма.

Клетка печени — отличный пример того, как многоклеточные организмы могут быть более эффективными, если разные типы клеток работают вместе.

Ваше тело не могло выжить без клеток печени, расщепляющих определенные токсины и продукты жизнедеятельности, но сама клетка печени не могла бы выжить без нервных и мышечных клеток, которые помогают вам находить пищу, и пищеварительного тракта, расщепляющего эту пищу на легкоусвояемые. сахара.

И все эти типы ячеек содержат информацию для создания всех других типов ячеек! Вопрос просто в том, какие гены «включаются» или «выключаются» во время развития.

• Эпигенетика — Процесс, с помощью которого гены «включаются» или «выключаются» путем добавления или удаления химических групп из частей хромосомы.
• Eukaryotes — Сложные клетки с множеством хромосом и внутренними органеллами, такими как митохондрии, хлоропласты и ядра.
• Прокариот — одноклеточные организмы с простой структурой, обычно имеющие одну хромосому и не имеющие внутренних органелл.

Тест

1. Что из следующего НЕ является важной функцией, которую должны выполнять все живые существа?
A. Живое существо должно воспроизводиться.
B. Живое существо должно уметь поддерживать свою внутреннюю среду вне зависимости от внешних изменений.
C. Живое существо должно реагировать на изменения в окружающей среде.
D. Ничего из вышеперечисленного.

Ответ на вопрос № 1

D правильный. Все вышеперечисленное — жизненно важные функции!

2. Что из перечисленного НЕ является типом прокариотической клетки?
A. Archaebacteria
B. Staphylococcus бактерий
C. Streptococcus бактерий
D. Клетка печени

Ответ на вопрос № 2

04

D правильный.Клетки печени — это эукариотические клетки, как и все клетки многоклеточных организмов!

3. Что из перечисленного НЕ является органеллой эукариотической клетки?
A. Плазмида
B. Ядро
C. Митохондрии
D. Хлоропласт

Ответ на вопрос № 3

B правильный. Плазмиды — это фрагменты ДНК, которые передаются между прокариотическими клетками. Это не органеллы.

Определение ячейки по Merriam-Webster

\ ˈSel

\

1

: небольшой религиозный дом, находящийся в зависимости от монастыря или женского монастыря.

2а

: однокомнатное жилище, в котором живет одинокий человек (например, отшельник).

б

: одноместная комната (как в монастыре или тюрьме) обычно на одного человека

3

: небольшой отсек, полость или ограниченное пространство: например,

б

: Перепончатая область, ограниченная прожилками в крыле насекомого.

4

: небольшая обычно микроскопическая масса протоплазмы, ограниченная снаружи полупроницаемой мембраной, обычно включающая одно или несколько ядер и различные другие органеллы с их продуктами, способная самостоятельно или взаимодействовать с другими клетками для выполнения всех основных жизненных функций и формирования мельчайшая структурная единица живого вещества, способная функционировать независимо

5а (1)

: Емкость, содержащая электроды и электролит, либо для выработки электричества химическим действием, либо для использования при электролизе.

б

: Отдельный блок в устройстве для преобразования лучистой энергии в электрическую или для изменения силы электрического тока в соответствии с излучением (см. Датчик излучения 1)

6

: единица в статистическом массиве (см. Запись 2 в массиве, смысл 5) (например, электронная таблица), образованная пересечением столбца и строки.

7

: базовое и обычно небольшое подразделение организации или движения.

террористические ячейки

8

: часть атмосферы, которая ведет себя как единое целое.

штормовая камера

Что такое клеточная биология?

Клеточная биология — это раздел биологии, изучающий основную единицу жизни — клетку.Он касается всех аспектов клетки, включая анатомию клетки, деление клетки (митоз и мейоз) и клеточные процессы, включая клеточное дыхание и гибель клеток. Клеточная биология не является отдельной дисциплиной, но тесно связана с другими областями биологии, такими как генетика, молекулярная биология и биохимия.

Ключевые выводы

• Как следует из названия, клеточная биология занимается изучением клетки, основной единицы жизни.
• Есть два типа клеток: прокариотические и эукариотические клетки.Прокариоты не имеют определенного ядра, в отличие от эукариот.
• Изобретение микроскопа сыграло решающую роль в способности ученых правильно изучать клетки.
• Ряд карьерных возможностей, таких как клинический исследователь, врач или фармаколог, открыт для тех, кто изучал клеточную биологию.
• В клеточной биологии произошло много важных событий. От описания Гук пробковой клетки в 1655 году до индуцированного развития плюрипотентных стволовых клеток, клеточная биология продолжает увлекать ученых.

Основываясь на одном из основных принципов биологии, теории клеток, изучение клеток было бы невозможным без изобретения микроскопа. С помощью современных микроскопов, таких как растровый электронный микроскоп и просвечивающий электронный микроскоп, клеточные биологи могут получать подробные изображения мельчайших клеточных структур и органелл.

Что такое клетки?

Все организмы содержат клетки.
Viaframe / Corbis / Getty Images Plus

Все живые организмы состоят из клеток.Некоторые организмы состоят из триллионов клеток. Есть два основных типа клеток: эукариотические и прокариотические клетки. Эукариотические клетки имеют определенное ядро, в то время как прокариотическое ядро ​​не определено и не содержится в мембране. Хотя все организмы состоят из клеток, эти клетки различаются между организмами. Некоторые из этих различных характеристик включают клеточную структуру, размер, форму и содержание органелл. Например, клетки животных, бактериальные клетки и клетки растений имеют сходство, но они также заметно отличаются.Клетки имеют разные способы размножения. Некоторые из этих методов включают бинарное деление, митоз и мейоз. Клетки содержат генетический материал (ДНК) организмов, который обеспечивает инструкции для всей клеточной активности.

Почему клетки перемещаются?

Движение клеток необходимо для выполнения ряда клеточных функций. Некоторые из этих функций включают деление клеток, определение формы клеток, борьбу с инфекционными агентами и восстановление тканей. Внутреннее движение клетки необходимо для транспортировки веществ в клетку и из клетки, а также для перемещения органелл во время деления клетки.

Карьера в области клеточной биологии

Обучение в области клеточной биологии может привести к различным карьерным путям. Многие клеточные биологи — ученые-исследователи, работающие в промышленных или академических лабораториях. Другие возможности включают:

• Специалист по культуре клеток
• Аудитор клинического качества
• Клинический исследователь
• Инспектор по контролю за продуктами и лекарствами
• Промышленный гигиенист
• Врач
• Медицинский иллюстратор
• Медицинский писатель
• Патологоанатом
• Фармаколог
• Физиолог
• Профессор
• Специалист по контролю качества
• Технический писатель
• Ветеринарный врач

Значимые события в клеточной биологии

На протяжении всей истории было несколько значительных событий, которые привели к развитию области клеточной биологии в том виде, в котором она существует сегодня.Ниже приведены некоторые из этих важных событий:

• 1655 — Роберт Гук дает первое описание клетки пробкового дерева.
• 1674 — Левенгук рассматривает простейшие.
• 1683 — Левенгук изучает бактерии.
• 1831 — Роберт Браун первым определил ядро ​​как важный компонент клетки.
• 1838 — Шлейден и Шванн вводят то, что впоследствии стало теорией клетки.
• 1857 — Колликер описывает митохондрии.
• 1869 — Miescher впервые выделяет ДНК.
• 1882 — Кок идентифицирует бактерии.
• 1898 — Гольджи открывает аппарат Гольджи.
• 1931 — Ruska создает первый просвечивающий электронный микроскоп.
• 1953 — Уотсон и Крик предлагают структуру двойной спирали ДНК.
• 1965 — Выпуск первого коммерческого сканирующего электронного микроскопа.
• 1997 — Клонирована первая овца.
• 1998 — Клонированные мыши.
• 2003 — Завершена разработка проекта последовательности ДНК генома человека.
• 2006 — Клетки кожи взрослых мышей перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS).
• 2010 — Нейроны, сердечная мышца и клетки крови, созданные непосредственно из перепрограммированных взрослых клеток.

Типы ячеек

Человеческое тело состоит из множества различных типов клеток. Эти клетки различаются по структуре и функциям и подходят для той роли, которую они выполняют в организме. Примеры клеток в организме включают: стволовые клетки, половые клетки, клетки крови, жировые клетки и раковые клетки.

Сравнение одноклеточных и многоклеточных | Национальное географическое общество

Клетки функционируют по-разному в одноклеточных и многоклеточных организмах, но в каждом организме каждая клетка имеет специализированные клеточные структуры или органеллы, которых много.Эти органеллы отвечают за различные клеточные функции, такие как получение питательных веществ, выработка энергии и производство белков. Одноклеточные организмы состоят только из одной клетки, которая выполняет все функции, необходимые организму, в то время как многоклеточные организмы для функционирования используют множество разных клеток.

Одноклеточные организмы включают бактерии, протисты и дрожжи. Например, парамеций — это одноклеточный организм в форме тапочки, обитающий в воде пруда. Он принимает пищу из воды и переваривает ее в органеллах, известных как пищевые вакуоли.Питательные вещества из пищи проходят через цитоплазму к окружающим органеллам, помогая поддерживать работу клетки и, следовательно, организма.

Многоклеточные организмы состоят из более чем одной клетки, причем группы клеток дифференцируются, чтобы выполнять специализированные функции. У людей клетки дифференцируются на ранней стадии развития и становятся нервными клетками, клетками кожи, мышечными клетками, клетками крови и другими типами клеток. Различия в этих клетках легко наблюдать под микроскопом.Их структура связана с их функцией, то есть каждый тип клетки принимает определенную форму, чтобы лучше всего служить своей цели. У нервных клеток есть придатки, называемые дендритами и аксонами, которые соединяются с другими нервными клетками для движения мышц, отправки сигналов железам или регистрации сенсорных стимулов. Клетки наружной кожи образуют уплощенные стопки, защищающие тело от окружающей среды. Мышечные клетки — это тонкие волокна, которые собираются вместе для сокращения мышц.

Клетки многоклеточных организмов также могут выглядеть по-разному в зависимости от органелл, необходимых внутри клетки.Например, в мышечных клетках больше митохондрий, чем в большинстве других клеток, поэтому они могут легко производить энергию для движения; клеткам поджелудочной железы необходимо производить много белков и иметь больше рибосом и грубую эндоплазматическую сеть, чтобы удовлетворить эту потребность. Хотя все клетки имеют общие органеллы, количество и типы присутствующих органелл показывают, как функционирует клетка.

Практическое руководство по секвенированию одноклеточной РНК для биомедицинских исследований и клинических приложений | Геномная медицина

Что такое дифференцировка клеток? — Процесс, важность и примеры — Видео и стенограмма урока

Важность дифференциации клеток

По мере развития и дифференциации ваших клеток они становятся совершенно разными по структуре и функциям.Как только эта дифференцировка начинается, клетка связана с этой судьбой и должна продолжать свой путь дифференцировки. Каждый развивающийся тип клеток создает тканеспецифических белков , которые встречаются только в этом типе клеток и придают клетке ее уникальную структуру и функцию.

Ячейки должны иметь разную структуру, потому что у них разные функции. Сперматозоид выполняет функцию, которая очень отличается от клетки кожи или клетки печени. Если бы сперматозоид не имел такой формы, как он есть, было бы очень трудно подплыть к яйцеклетке, чтобы оплодотворить ее.

Определенные клетки в ваших глазах, известные как стержни , и колбочки , , предназначены для приема света и восприятия объектов. Они имеют такую ​​форму, потому что это позволяет им выполнять свою работу наиболее эффективно. Если бы они имели другую форму, они не смогли бы нормально функционировать, и вы не смогли бы хорошо видеть.

В вашем теле огромное количество дифференцированных клеток, но ваши клетки также отличаются от клеток других организмов, таких как растения, насекомые, бактерии, рыбы, млекопитающие и птицы.Клеточная дифференциация делает возможным это огромное разнообразие жизни на Земле и делает каждого из нас уникально подходящим для наших условий окружающей среды.

Итоги урока

Давайте рассмотрим. Дифференцировка клеток — это процесс развития и выделения клеток из родовых эмбриональных клеток. Дифференциация клеток создает все различные структуры в вашем теле, такие как мышцы, кости и органы. Дифференциация клеток также производит огромное количество организмов на Земле и позволяет множеству различных клеточных структур существовать и функционировать должным образом и эффективно.

Результаты обучения

Когда вы закончите, вы должны уметь:

• Объяснять процесс дифференциации клеток
• Понять, что такое сигнальные молекулы и их роль
• Опишите роль тканеспецифичных белков
• Обсудите, почему так важна дифференцировка клеток

значений ячеек чтения и записи | Таблицы API | Разработчики Google

Электронные таблицы могут состоять из нескольких листов, причем на каждом листе может быть любое количество
строки или столбцы.Ячейка — это место на пересечении
конкретная строка и столбец и может содержать данные , значение . Google
API Таблиц предоставляет таблицы spreadsheets.values
коллекция, чтобы обеспечить простое чтение и запись значений.

На этой странице описаны основы использования
spreadsheets.values
коллекция. Если вам нужно обновить форматирование или другие свойства на листе,
вам нужно будет использовать коллекцию электронных таблиц,
который описан в разделе «Обновление электронных таблиц».

Методы

Таблицы.сбор ценностей
предоставляет следующие методы для чтения и записи значений, каждый из которых имеет
конкретная задача:

В общем, рекомендуется объединить несколько операций чтения или обновления с
методы batchGet и batchUpdate (соответственно), так как это улучшит
эффективность.

Вы можете найти примеры каждого из этих методов в Основном руководстве.
и страницы с примерами Basic Writing.

Чтение

Для чтения данных с листа вам понадобится идентификатор электронной таблицы и диапазон (ы)
Обозначение A1.Для получения дополнительной информации об идентификаторах электронных таблиц и обозначениях A1 см.
Ключевые концепции API Google Таблиц.
Формат вывода контролируется тремя дополнительными параметрами:

Обратите внимание, что dateTimeRenderOption используется, только если значение valueRenderOption
не FORMATTED_VALUE .

Методы сингулярного и пакетного получения описаны ниже. Примеры основных
операции чтения см. на странице рецептов базового чтения.

Чтение одного диапазона

Чтобы прочитать отдельный диапазон данных из электронной таблицы, используйте
электронные таблицы.values.get
запрос:

Скрипт приложений

Ява ​​

JavaScript

Node.js

PHP

Питон

Рубин

Ответ на этот запрос возвращается в виде
ValueRange
объект.

Чтение нескольких диапазонов

Для считывания нескольких прерывистых диапазонов используйте
spreadsheets.values.batchGet,
который позволяет указать любое количество диапазонов для извлечения:

Скрипт приложений

Ява ​​

JavaScript

Node.js

PHP

Питон

Рубин

Ответом на этот запрос является
BatchGetValueResponse,
объект, содержащий идентификатор электронной таблицы и список
ValueRange
объекты.

Письмо

Для записи на лист вам понадобится идентификатор электронной таблицы, диапазон (ы) в A1
обозначение, а данные, которые вы хотите записать, упорядочены в соответствующем запросе
объект тела. Для получения дополнительной информации об идентификаторах электронных таблиц и обозначениях A1 см.
Ключевые концепции API Google Таблиц.

Для обновлений

требуется действительный параметр ValueInputOption
параметр (для единичных обновлений это обязательный параметр запроса; для
пакетные обновления, этот параметр является обязательным в теле запроса).
ValueInputOption контролирует, анализируются ли входные строки или нет, как описано.
в следующей таблице:

Методы единичного и пакетного обновления описаны ниже. Для примеров
основные операции записи, см. Основы написания
страница рецептов.

Запись в один диапазон

Для записи данных в один диапазон используйте
spreadsheets.values.update
запрос:

Скрипт приложений

Ява ​​

JavaScript

Node.js

PHP

Питон

Рубин

Тело запроса на обновление должно быть
ValueRange
объект, хотя единственное обязательное поле — значений .Если указан диапазон , он
должен соответствовать диапазону в URL. В ValueRange вы можете дополнительно указать
его главный размер.
По умолчанию используется ROWS. Если указан COLUMNS, каждый внутренний массив
записывается в столбец, а не в строку.

При обновлении значения без данных пропускаются. Чтобы очистить данные, используйте пустой
нить («»).

Параметр диапазона может указывать несколько ячеек (для
например A1: D5) или отдельной ячейкой (например, A1). Если указано несколько
ячеек входные данные должны находиться в этом диапазоне.Если он указывает одну ячейку,
входные данные начинаются с этой координаты, могут занимать любое количество строк или
столбцы.

Запись нескольких диапазонов

Если вы хотите записать несколько прерывистых диапазонов, вы можете использовать
spreadsheets.values.batchUpdate
запрос:

Скрипт приложений

Ява ​​

JavaScript

Node.js

PHP

Питон

Рубин

Тело запроса batchUpdate должно быть
BatchUpdateValuesRequest
объект, который содержит ValueInputOption и список
ValueRange
предметы (по одному на каждый письменный диапазон).Каждый объект ValueRange
задает собственный диапазон , majorDimension и данные для ввода.

Добавление значений

Чтобы добавить данные после таблицы данных на листе, используйте
spreadsheets.values.append
запрос:

Скрипт приложений

Ява ​​

JavaScript

Node.js

PHP

Питон

Рубин

Тело запроса на обновление должно быть
ValueRange
объект, хотя единственное обязательное поле — значений .Если указан диапазон , он
должен соответствовать диапазону в URL. В ValueRange вы можете дополнительно указать
его главный размер.
По умолчанию используется ROWS. Если указан COLUMNS, каждый внутренний массив
записывается в столбец, а не в строку.

Параметр majorDimension не контролирует, если данные
добавляются в таблицу в виде строк или столбцов. Данные всегда будут добавляться к последующим
ряды. Параметр только управляет тем, как считываются входные данные.

Диапазон ввода используется для поиска существующих данных и нахождения «таблицы» в
этот диапазон.Значения добавляются в следующую строку таблицы, начиная с
первый столбец таблицы. Например, рассмотрим лист Sheet1 , который выглядит
нравится:

На листе две таблицы: A1: C2 и B4: D6 .Добавленные значения
начнется с B7 для всего следующего диапазона входов:

• Sheet1 , потому что он проверит все данные в листе, определит
  что таблица по адресу B4: D6 является последней таблицей.
• B4 или C5: D5 , потому что они оба находятся в таблице B4: D6 .
• B2: D4 , поскольку последняя таблица в диапазоне
  B4: D6 таблица (несмотря на то, что она также содержит таблицу A1: C2 ).
• A3: G10 , поскольку последняя таблица в диапазоне
  B4: D6 таблица (несмотря на то, что она начинается до и заканчивается после нее).

Следующие входы диапазона не начнут писать на B7 :

• A1 начнет писать с A3 , потому что это A1: C2
  Таблица.
• E4 начнет писать с E4 , потому что его нет ни в одной таблице.( A4 также начнет писать с A4 по тем же причинам.)

Кроме того, вы можете выбрать, хотите ли вы перезаписать существующие
данные после таблицы или вставьте новые строки для новых данных. По умолчанию вход
перезаписывает данные после таблицы. Чтобы записать новые данные в новые строки,
укажите insertDataOption = INSERT_ROWS .

.