Бағаналы жасушалардың практикада қолданылуы. Этикалық аспектісі. Биология, 11 сынып, сабақ жоспары.

Қосымша 1.

Стволовые клетки в использовании

В 1968 году врачи провели первую успешную пересадку костного мозга. Костный мозг содержит соматические стволовые клетки, которые могут продуцировать все типы клеток, из которых состоит наша кровь. Его трансплантируют регулярно для лечения различных заболеваний крови и костного мозга, рака крови и иммунных нарушений. Совсем недавно стволовые клетки из кровотока (так называемые стволовые клетки периферической крови) и стволовые клетки пуповины использовались для лечения некоторых заболеваний крови.

Терапия соматическими стволовыми клетками: использование трансплантации костного мозга для лечения лейкемии

Лейкемия - это рак лейкоцитов или лейкоцитов. Как и другие клетки крови, лейкоциты развиваются из соматических стволовых клеток. Зрелые лейкоциты попадают в кровоток, где они борются с инфекциями в нашем организме.

Лейкемия возникает, когда лейкоциты начинают расти и функционировать ненормально, становясь злокачественными. Эти аномальные клетки не могут бороться с инфекцией, и они влияют на функции других органов.

Успешное лечение лейкемии зависит от избавления от всех аномальных лейкоцитов у пациента, позволяя здоровым расти на их месте. Один из способов сделать это - химиотерапия, в которой используются сильнодействующие лекарственные средства для поражения аномальных клеток. Когда химиотерапия сама по себе не может устранить их, врачи иногда обращаются к пересадке костного мозга.

При трансплантации костного мозга стволовые клетки костного мозга пациента заменяются таковыми у здорового подходящего донора. Для этого сначала убивают весь имеющийся у пациента костный мозг и аномальные лейкоциты, используя комбинацию химиотерапии и облучения. Затем образец донорского костного мозга, содержащий здоровые стволовые клетки, вводится в кровоток пациента.

Если трансплантация прошла успешно, стволовые клетки мигрируют в костный мозг пациента и начинают производить новые, здоровые лейкоциты для замены аномальных клеток.

Новые данные свидетельствуют о том, что стволовые клетки костного мозга могут дифференцироваться в типы клеток, которые составляют ткани вне крови, такие как печень и мышцы. Ученые изучают новые способы применения этих стволовых клеток, которые выходят за рамки болезней крови.

Стволовые клетки периферической крови

В то время как большинство стволовых клеток крови находятся в костном мозге, небольшое количество присутствует в кровотоке. Эти стволовые клетки периферической крови, или PBSC, можно использовать точно так же, как стволовые клетки костного мозга, для лечения лейкемии, других видов рака и различных заболеваний крови.

Так как они могут быть получены из взятой крови, PBSC легче собирать, чем стволовые клетки костного мозга, которые должны быть извлечены из костей. Это делает PBSC менее инвазивным вариантом лечения, чем стволовые клетки костного мозга. PBSCs редки в кровотоке, поэтому сбор достаточно для выполнения трансплантации может представлять проблему.

Стволовые клетки пуповинной крови

Новорожденным больше не нужны пуповины, поэтому их традиционно отбрасывают как побочный продукт процесса рождения. Однако в последние годы богатая стволовыми клетками кровь, обнаруженная в пуповине, оказалась полезной для лечения тех же проблем со здоровьем, что и те, которые лечатся с использованием стволовых клеток костного мозга и PBSC.

Трансплантаты стволовых клеток пуповинной крови менее подвержены отторжению, чем стволовые клетки костного мозга или периферической крови. Вероятно, это связано с тем, что клетки еще не разработали функции, которые могут быть распознаны и атакованы иммунной системой получателя. Кроме того, поскольку в пуповинной крови отсутствуют хорошо развитые иммунные клетки, вероятность того, что трансплантированные клетки будут поражать организм реципиента, меньше, что называется болезнью трансплантат против хозяина.

И универсальность, и доступность стволовых клеток пуповинной крови делают их мощным ресурсом для трансплантационной терапии.

Қосымша 2.

Генетический контроль развития

Превращение одноклеточной зиготы (продукта объединения яйцеклетки и сперматозоида) в многоклеточный эмбрион, а затем во взрослый организм - сложный и удивительный процесс. Полностью развитый организм имеет много разных типов клеток, которые выполняют множество различных функций. Например, эритроциты переносят кислород, мышечные клетки сокращаются, жировые клетки запасают питательные вещества, а нервные клетки передают информацию. На самом деле человек имеет около 350 различных типов

Куриный эмбрион. Во время формирования паттерна связь между клетками развивающегося зародыша имеет решающее значение, так что каждая клетка будет «знать» свое положение в рамках возникающего плана тела.

клеток, которые различаются как по форме, так и по функции. Однако все клетки очень раннего зародыша кажутся идентичными. Как же тогда клетки становятся специализированными, когда они делятся?

дифференцирование

Процесс клеточной специализации в процессе развития называется дифференциацией. Процесс дифференцировки протекает путем прогрессивной специализации содержания белка в клетке. Каждый тип клеток в зрелом организме имеет уникальную коллекцию белков. Чертежи для создания этих белков находятся в ядре каждой клетки в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Следовательно, исходное место для понимания процесса дифференциации лежит в ядре исходной зиготы, которая содержит все генетические инструкции (ДНК) для создания всего репертуара клеточного типа зрелого организма. Исходная клетка является тотипотентной, что означает, что она может породить клетки любого типа. По мере развития эмбриона некоторые клетки дифференцируются, в то время как другие, называемые стволовыми клетками, остаются плюрипотентными, что означает, что они могут давать начало некоторому подмножеству типов клеток, называемому линией .

Одна из гипотез, объясняющих, как дифференцированные клетки имеют специализированный пул белков, состоит в том, что дифференцирующиеся клетки сохраняют только те гены (ДНК), которые кодируют необходимые им белки, и теряют все остальные гены. Такой механизм будет производить зрелые типы клеток с другим геномом . Эксперименты, однако, опровергли эту гипотезу. В 1968 году Джон Гурдон удалил ядро ​​неоплодотворенной лягушки яйцо и заменил его ядром из полностью дифференцированной эпителиальной клетки головастика. Яйцо превратилось в нормального головастика. Классический эксперимент Гурдона показал, что ядро ​​дифференцированной клетки по-прежнему сохраняет полный геном: гены не теряются, так как потомки клетки специализируются.

Другие эксперименты поддержали альтернативную гипотезу: эта клеточная специализация отражает дифференциальную регуляцию полного набора генов в каждом типе клеток. Это означает, что все клетки в зрелом организме (мышечные клетки, клетки головного мозга ) имеют одинаковый набор генов, но только часть этих генов включена для любого конкретного типа клеток. Следовательно, процесс дифференцировки включает в себя активацию (включение) некоторых генов и инактивацию (выключение) других генов, чтобы получить специфическую коллекцию белков, которая характеризует этот тип клеток.

Точка во время развития, в которой клетка становится преданной определенной судьбе, называется определением. Дифференциация (специализация) является конечным продуктом определения. Определение происходит, когда определенные гены активируются или инактивируются, а дифференциация завершается, когда клетка синтезирует все тканеспецифичные белки, которые кодируют активированные гены. Например, когда конкретные клетки эмбриона млекопитающего активируют ген белка MyoD и, таким образом, начинают вырабатывать белок MyoD, они определяются как мышечные клетки. Как оказалось, белок MyoD является фактором транскрипции который контролирует экспрессию нескольких других генов. Таким образом, MyoD активирует и инактивирует многие из генов, которые кодируют мышечно-специфические белки.

Что же тогда активирует MyoD в одних клетках, а не в других во время развития? Два важных типа сигналов «сообщают» развивающемуся организму, какие гены экспрессировать и когда их экспрессировать. Во-первых, неравномерное распределение веществ (таких как РНК-мессенджер, белок, органеллы ) в цитоплазме неоплодотворенного яйца важно для начальных стадий определения. Как только яйцеклетка оплодотворена, и ядро ​​начинает делиться (через митоз ), полученные ядра подвергаются воздействию различных цитоплазматических сред. Эти разные внутренние среды содержат разные наборы молекул (собирательно называемые цитоплазматические детерминанты), которые регулируют экспрессию определенных генов. Во-вторых, по мере того, как эмбрион увеличивается и увеличивается в количестве клеток, молекулы во внеклеточной среде могут действовать как сигналы для развивающихся клеток. Чаще всего эти сигнальные молекулы высвобождаются из других клеток эмбриона и влияют на клетки-мишени, регулируя экспрессию определенных генов в этих клетках. Этот процесс называется индукцией и представляет собой процесс, с помощью которого клетки эмбриона общаются и стимулируют процессы детерминации и дифференциации. Индукция была открыта в 1920-х годахэмбриолог Ханс Спеманн и Хильде Мангольд.

Морфогенез

Когда клетки становятся специализированными, они объединяются в иерархию тканей, органов и систем органов, в которой они работают как совокупность, обеспечивая определенную функцию. Морфогенез - это процесс, посредством которого дифференцированные клетки организуются в эти функциональные группы. У многих видов морфогенез начинается до завершения дифференцировки. Например, у эмбрионов морского ежа клетки начинают мигрировать, и эмбрион меняет форму задолго до полной дифференцировки клеток. Процесс морфогенеза отражает дифференциальную экспрессию генов в разных клетках. Сложные взаимодействия активно дифференцирующихся клеток фактически управляют процессом морфогенеза. Полезно посмотреть на экспрессию генов паттерны, которые характеризуют один компонент морфогенеза.

Формирование картины

Во время морфогенеза процесс, называемый формированием структуры, приводит пространственную организацию тканей и органов в определенный план тела или окончательную форму. Например, у собак и людей ноги состоят из кости, мышц и кожи. Во время развития дифференцировка производит мышечные клетки, костные клетки и клетки кожи из неспециализированного набора клеток эмбриона. Затем морфогенез организует костные клетки в костную ткань, чтобы сформировать кости и мышечные клетки в мышечную ткань, чтобы сформировать мышцы. Тем не менее, именно процесс формирования паттерна организует эти кости и мышцы в конкретную пространственную организацию, которая делает собаку похожей на собаку, а человека - на человека.

Роль позиционных сигналов в формировании паттернов. Во время формирования паттерна очень важно, чтобы клетки развивающегося эмбриона общались друг с другом, чтобы каждая клетка «знала» свое относительное положение в рамках возникающего плана тела. Межклеточные молекулярные сигналы, которые в конечном итоге управляют процессом формирования структуры, предоставляют информацию о положении. Эти сигналы могут быть химическими веществами, выделяемыми некоторыми эмбриональными клетками, которые диффундируют через эмбрион и связываются с другими клетками. Эти диффузные сигналы называются морфогенами. Часто именно концентрация морфогена, который воспринимает клетка-мишень, предоставляет информацию о близости клетки-мишени к высвобождающей клетке.

Развитие куриного крыла является хорошим примером этого явления. Во время развития крыло цыпленка развивается из структуры, называемой зачатком конечности. Льюис Вольпертобнаружили небольшую коллекцию клеток, которые лежат вдоль заднего края зачатка конечности и которые определяют положение клеток вдоль передне-задней оси зачатка. В конечном счете, эти клетки контролируют модель развития пальцев в крыле (куриные цифры похожи на человеческие пальцы). Вулперт назвал эти клетки поляризующей областью. Они выпускают морфоген, который диффундирует через зачаток конечности. Клетки, которые подвергаются воздействию самой высокой концентрации морфогена (те, которые находятся ближе всего к поляризующей области), превращаются в определенную цифру, клетки, которые подвергаются воздействию промежуточной концентрации морфогена, превращаются в цифру различной формы и т. Д. В конечном итоге позиционный сигнал направляет дифференцировку клетки-мишени путем изменения ее паттерна экспрессии генов.

Роль генов Hox в формировании паттернов. Основная трехмерная схема организма установлена ​​на ранней стадии эмбрионального развития. Даже у тела раннего эмбриона есть дорсальная и брюшная оси (верхняя и нижняя), а также передняя и задняя оси (передняя и задняя). Дифференциальная экспрессия определенных генов в разных клетках эмбриона контролирует возникновение этой организации. Интересно, что хотя разные типы организмов имеют резко отличающиеся морфологические признаки, сходное семейство генов контролирует дифференциальную экспрессию генов во время формирования паттерна. Нох Семейство генов (также называемых гомеотическими генами) встречается во многих различных организмах (включая растения и животных) и играет важную роль в контроле анатомической идентичности различных частей тела вдоль его передней / задней оси. Многие виды имеют гены, которые включают почти идентичную последовательность ДНК, называемую гомеобоксной областью. Эти гены составляют семейство генов Hox , и они кодируют белки, которые функционируют как факторы транскрипции. Например, у плодовых мух гомеотические гены определяют типы придатков которые развиваются на каждом сегменте тела. Гомеотические гены развития антенн и ног, регулируя экспрессию множества других генов. Важность генов Hox становится очевидной, когда один из этих генов мутирует : образуется неправильная часть тела. Например, мутация в гене Antennapedia заставляет плодовых мух развивать ноги вместо антенн на сегменте головы.