რა არის ღეროვანი უჯრედების სტრუქტურა?

როგორც ამას კითხულობთ, მთელს მსოფლიოში მკვლევარები თავიანთ ლაბორატორიულ სკამებთან არიან და ადგენენ, თუ როგორ უნდა გაიზარდოს ახალი ქსოვილები და ორგანოები ერთუჯრედებიდან. თუ ფიქრობთ, რომ ეს რაღაც სამეცნიერო ფანტასტიკის ფილმია, თქვენ მარტო არ ხართ. მიუხედავად ამისა, ამ კვლევამ შეიძლება გამოიწვიოს სამეცნიერო მიღწევა, რაც ცვლის ადამიანის პროფესიონალური დაავადებების რეალურ სამყაროში სამედიცინო სპეციალისტების მკურნალობის მეთოდს.

ამ კვლევის საბოლოო მიზნები შეიძლება ფართო იყოს, მაგრამ კვლევის საგანი იმდენად უსასრულოდ მცირეა, რომ მას შიშველი თვალითაც ვერ ხედავ. საგანი არის ღეროვანი უჯრედები. უნიკალური მახასიათებლების წყალობით, ამ საოცარ უჯრედებს აქვთ პოტენციალი შეცვალონ მეცნიერებისა და მედიცინის მომავალი.
წაიკითხეთ მეტი ღეროვანი უჯრედების კვლევის უპირატესობებისა და ნაკლოვანებების შესახებ.

თქვენ იცით, რომ სექსუალური რეპროდუქცია მოითხოვს სპერმის უჯრედსა და კვერცხუჯრედს, რომ გაერთიანდეს და შექმნას ა ზიგოტა განაყოფიერების გზით. ეს ცალკეული ეუკარიოტული უჯრედი შეიცავს გენეტიკური ინფორმაციის სრულ კომპლემენტს და აქვს პოტენციალი დაყოფა რთულ მრავალუჯრედულ ორგანიზმად, მაგალითად თქვენ.

ოდესმე გიფიქრიათ, როგორ შეიძლება ეს ცალკეული უჯრედი დაყოფილიყო ტრილიონებად და ტრილიონობით უჯრედად ადამიანის სხეულში? და როგორ შეიძლება მხოლოდ ერთმა უჯრედმა წარმოშვას ამდენი სხვადასხვა ტიპის უჯრედი - მაგალითად, კანის უჯრედებიც და ტვინის უჯრედებიც?

ზიგოტის გაყოფის დაწყებისთანავე (საშვილოსნოში გადანერგვამდე), წარმოქმნილი უჯრედები სინამდვილეში ღეროვანი უჯრედებია. მეცნიერები ამბობენ, რომ ეს მოქნილი უჯრედები ორივეა პროლიფერაციული და მრავალმხრივი. ეს ნიშნავს, რომ უჯრედები ადვილად იყოფა და მრავალი, კიდევ ბევრი უჯრედი წარმოქმნის და ისინი შეიძლება განვითარდეს ნებისმიერი ტიპის სპეციალიზირებულ უჯრედად ღეროვანი უჯრედების მეშვეობით დიფერენცირება.
წაიკითხეთ მეტი უჯრედის სპეციალიზაციის ახსნის შესახებ.

ერთი შეხედვით, ღეროვანი უჯრედის ნაწილები ზედაპირზე არც ისე გამორჩეულია. ადამიანის სხეულის ყველა უჯრედის მსგავსად, ღეროვანი უჯრედებიც რამდენიმე საერთო სტრუქტურას ინაწილებენ. Ესენი მოიცავს:

• ა უჯრედის მემბრანა, რომელიც წარმოადგენს უჯრედის გარშემო არსებულ ლიპიდურ ორ ფენას, რომელიც საშუალებას აძლევს ზოგიერთ მასალას შევიდეს უჯრედში და ზოგს აცილებს გარეთ.
  
• ციტოპლაზმა, რომელიც არის თხევადი ბულიონი უჯრედის შიგნით.
  
• ა ბირთვი, რომელიც შეიცავს უჯრედის ყველა გენეტიკურ ინფორმაციას, რომელიც დნმ-ს სახით არის შენახული.

საშვილოსნოს მილებში განაყოფიერებასა და საშვილოსნოში გადანერგვას შორის ემბრიონი შეიცვლება ღეროვანი უჯრედების უბრალო ფურცლიდან უჯრედების ორგანიზებულ ჯგუფად - ე.წ. გასტრულა - სამით ჩანასახის ფენები. ეს საბოლოოდ წარმოშობს უჯრედის ყველა ტიპს, ქსოვილებსა და ორგანოებს, რომლებიც მოიცავს მთლიან (თუმცა მაინც ძალიან მცირე) ადამიანის ნაყოფს.

ყველაზე შორეული ფენა, ე.წ. ექტოდერმი, წარმოშობს კანის უჯრედებს და ნერვული სისტემის ქსოვილებს. შუა ფენა, ან მეზოდერმი, იძლევა სისხლის უჯრედებს, შემაერთებელ ქსოვილს, კუნთების უჯრედებს და პლაცენტის ქსოვილს, რომელიც ნაყოფს ცოცხალს ინარჩუნებს საშვილოსნოში. შინაგანი ფენა, ე.წ. ენდოდერმი, ქმნის ნაწლავის, ფილტვებისა და შარდსასქესო ტრაქტის ფენებს.

მრავალფეროვნების წყალობით, ღეროვან უჯრედებს შეუძლიათ განასხვაონ და გახდნენ ამ უჯრედების ტიპებიდან რომელიმე იმპლანტაციის შემდეგ. ეს ღეროვანი უჯრედები, რომლებიც ემბრიონების ნორმალურ განვითარებას უკავშირდება, არის ღეროვანი უჯრედების სამი ტიპიდან ერთ – ერთი, რომელსაც მეცნიერები იყენებენ. მკვლევარები მათ უწოდებენ ადამიანის ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები, ან hESC.

ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები, რომლებსაც მეცნიერები იყენებენ, არასდროს წარმოიქმნება რეალური ადამიანის საშვილოსნოს მილების შიგნით არსებული სასუქით. ამის ნაცვლად, მეცნიერები ქმნიან მათ სინჯარაში ინ ვიტრო განაყოფიერება (IVF). ეს ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები ჩვეულებრივ იკვლევს კვლევის ლაბორატორიებში მას შემდეგ, რაც ადამიანები, რომლებიც იყენებენ IVF- ს ოჯახების შექმნისთვის, ამ პროცესს ამთავრებენ და დამატებით გაყინული ემბრიონებს გადასცემენ მეცნიერებას (ვიდრე ანადგურებენ მათ).

მკვლევარებისთვის ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების გამოყენებას გარკვეული სარგებელი მოაქვს სხვა ტიპის ღეროვან უჯრედებთან შედარებით. ემბრიონული ღეროვანი უჯრედები საკმაოდ ადვილი მოსავლელია და კულტურაში მათი მოყვანა მარტივია. რაც მთავარია, ემბრიონული ღეროვანი უჯრედები ნამდვილად ცარიელი ფირფიტებია, რომლებსაც შეუძლიათ წარმოქმნან არსებითად ნებისმიერი ტიპის უჯრედები ღეროვანი უჯრედების დიფერენცირების საფუძველზე.

ისევე, როგორც უჯრედები ცოცხალ საშვილოსნოში გადანერგვის შემდეგ, ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები ბუნებრივად იკრიბებიან ემბრიონული სხეულები და დაიწყოს დიფერენცირება სპეციალიზებულ უჯრედებად. მეცნიერებმა, რომლებიც კულტურაში ზრდიან ემბრიონის ღეროვან უჯრედებს, უნდა შეინარჩუნონ სპეციფიკური პირობები მზარდ გარემოში, რომ ეს არ მოხდეს.

იმის გამო, რომ ღეროვანი უჯრედები მრავლდება დიფერენცირების გარეშე, ქმნიან მეცნიერებს ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების ხაზები. ამის შემდეგ მეცნიერებს შეუძლიათ გაყინონ ეს უჯრედული ხაზები და გაგზავნონ სხვა ლაბორატორიებში კვლევითი პროექტებისთვის ან შემდგომი კულტურის მისაღებად. უჯრედული ხაზის კვალიფიკაციისთვის ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები უნდა:

• გაიზარდეთ უჯრედულ უჯრედებში მინიმუმ ექვსი თვის განმავლობაში.
• იყავით მრავალფეროვანი, ან დიფერენცირებული ნებისმიერი უჯრედის ტიპად.
• არ აქვს გენეტიკური დარღვევები.

როდესაც მკვლევარები მზად არიან ემბრიონული ღეროვანი უჯრედების უჯრედები გახდნენ უჯრედების სპეციფიკური ტიპები, მაგალითად, სპეციფიკური კვლევითი პროექტი, ისინი უბრალოდ ცვლის კულტურულ გარემოში ან ღებულობენ სპეციფიკურ გენებს ღეროვან უჯრედში, რათა გამოიწვიოს ღეროვანი უჯრედი დიფერენცირება.

აღმოჩნდა, რომ ადამიანის სრულყოფილად განვითარებულ სხეულში მრავალი სექსუალური ქსოვილი ეკიდება ზოგიერთ არადიფერენცირებულ უჯრედს წვიმიანი დღის განმავლობაში. ესენი ზრდასრული ღეროვანი უჯრედები - ზოგჯერ უწოდებენ სომატური ღეროვანი უჯრედები - გააქტიურდებიან, როდესაც სხეულს სჭირდება ახალი უჯრედები. ეს ხდება იმისათვის, რომ მოხდეს უჯრედების ნორმალური ბრუნვა და ზრდა, აგრეთვე დაზიანების ან დაავადების შემდეგ ქსოვილების გამოსწორება.

მეცნიერებმა აღმოაჩინეს მოზრდილთა ღეროვანი უჯრედები ორგანოებისა და ქსოვილების მრავალფეროვნებაში, როგორიცაა:

• Სისხლძარღვები.
• ძვლის ტვინი.
• Ტვინი.
• გუტი
• გული.
• ღვიძლი
• საკვერცხეები.
• პერიფერიული სისხლი.
• Ჩონჩხის კუნთი.
• კბილები.
• ტესტები.

მოზრდილთა ღეროვანი უჯრედები ზოგადად გვხვდება კონკრეტულ ადგილებში, ე.წ. ღეროვანი უჯრედების ნიშები. ემბრიონული ღეროვანი უჯრედებისგან განსხვავებით, რომელთა დიფერენცირება შესაძლებელია უჯრედის ნებისმიერი ტიპად, ზრდასრული ღეროვანი უჯრედების დიფერენციაცია შეზღუდულია და სპეციფიკურია ქსოვილზე. ეს ნიშნავს, რომ ზრდასრული ღეროვანი უჯრედები, ძირითადად, განასხვავებენ მხოლოდ უჯრედის ტიპებს, რომლებიც დაკავშირებულია იმ ქსოვილთან, რომელშიც ისინი ცხოვრობენ.

მაგალითად, თავის ტვინში ზრდასრული ღეროვანი უჯრედები მხოლოდ ნერვული უჯრედები ან ტვინის არა-ნეირონული უჯრედები გახდებიან. აქ არის მოზრდილთა ღეროვანი უჯრედები და მათი სპეციალიზებული უჯრედების ტიპები:

• ჰემატოპოეტური ღეროვანი უჯრედები გვხვდება ძვლის ტვინში და წარმოშობს სისხლის უჯრედებს, სისხლის წითელი უჯრედების და იმუნური სისტემის უჯრედების ჩათვლით.
• მეზენქიმალური ღეროვანი უჯრედები გვხვდება ძვლის ტვინში (და ზოგიერთ სხვა ქსოვილში) და წარმოშობს ძვლის უჯრედებს, ხრტილოვან უჯრედებს, ცხიმოვან უჯრედებს და სტრომალურ უჯრედებს.
• ეპითელური ღეროვანი უჯრედები გვხვდება ნაწლავის გარსის სიღრმეში და წარმოშობს შთამნთქმელი უჯრედები, თასმა უჯრედები, ენტეროენდოკრინული უჯრედები და პანეთი უჯრედები.
• კანის ღეროვანი უჯრედები გვხვდება კანის ბაზალურ შრეში და წარმოშობს კერატინოციტები რომლებიც ქმნიან დამცავ ფენას კანის ზედაპირზე.

მეცნიერებმა ექსპერიმენტებში დააფიქსირეს, რომ ზოგიერთ მოზრდილ ღეროვან უჯრედს დიფერენცირება ხდებოდა სპეციალიზებულ უჯრედებად გარდა უჯრედის მოსალოდნელი ტიპისა, რომელიც ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების ღირებული მრავალფეროვნების მსგავსია. ამასთან, ეს ტრანსფერენცირება იშვიათია და მხოლოდ ღეროვანი უჯრედების მცირე სეგმენტზე მოქმედებს, როდესაც ის ხდება. მკვლევარები არ არიან დარწმუნებული, ხდება ეს საერთოდ ადამიანებში.

მოზრდილთა ღეროვან უჯრედებს მეცნიერებისთვის გარკვეული ნაკლოვანებები აქვთ. ისინი იშვიათია და რთულია ლაბორატორიაში მოყვანა. მათ ასევე აქვთ შეზღუდვები, თუ რამდენად შეუძლიათ მათი გაყოფა და რა ტიპის უჯრედები შეიძლება გახდნენ. ამასთან, ზრდასრულ ღეროვან უჯრედებს აქვთ ერთი მკაფიო უპირატესობა: ისინი ალბათ ნაკლებად იწვევენ იმუნური უარყოფა ვინაიდან მათი მოპოვება შესაძლებელია პაციენტის საკუთარი სხეულიდან.

2006 წელს მკვლევარებმა აღმოაჩინეს ღეროვანი უჯრედის კიდევ ერთი ტიპი: გამოწვეული მრავალფეროვანი ღეროვანი უჯრედები, ან iPSCs. ეს არის ზრდასრული ღეროვანი უჯრედები, რომლებსაც მეცნიერები ახლებურად ადგენენ, რომ ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების მსგავსი იყოს. ამასთან, ჯერჯერობით გაუგებარია, არსებობს მნიშვნელოვანი კლინიკური განსხვავებები გამოწვეულ მრავალფეროვან ღეროვან უჯრედებსა და ემბრიონის ღეროვან უჯრედებს შორის. მეცნიერები უკვე იყენებენ iPSC- ს მნიშვნელოვანი სამუშაოსთვის, მაგალითად, წამლების შემუშავება და ადამიანის დაავადებების მოდელირება კვლევითი მიზნებისთვის.

არსებობს ტექნიკური დაბრკოლებების გადალახვა, სანამ მკვლევარები გამოიყენებენ ამ ინდუცირებულ მრავალფეროვან ღეროვან უჯრედებს უფრო პირდაპირი გამოყენებისათვის. იმის დამადასტურებლად, რომ ეს ღეროვანი უჯრედები არსებითად არ განსხვავდება ემბრიონის ღეროსგან უჯრედები, მკვლევარებმა უნდა შეიმუშაონ ახალი ტექნიკა, პირველ რიგში, გამოწვეული მრავალფეროვანი ღეროვანი უჯრედების დასამუშავებლად ადგილი ამჟამინდელი მეთოდი იყენებს ვირუსებს, როგორც გადამპროგრამების სატრანსპორტო საშუალებას, რამაც ცხოველებზე ჩატარებულ კვლევებში გამოავლინა სერიოზული გვერდითი მოვლენები, როგორიცაა კიბო.

ფარმაცევტული ინდუსტრიის ახალი წამლების შემოწმებისა და კვლევითი პროექტებისთვის დაავადების მოდელების გარდა, მეცნიერები თვლიან, რომ ღეროვანმა უჯრედებმა შესაძლოა ახალი (და ამაღელვებელი) გახადონ უჯრედზე დაფუძნებული მკურნალობა შესაძლებელია ეს ნიშნავს, რომ ოდესმე ლაბორატორიებში შეიძლება გაიზარდოს ახალი ორგანოები და ქსოვილები იმ ადამიანებისთვის, ვისაც ტრანსპლანტაცია სჭირდება, ვიდრე ორგანოს და ქსოვილის დონორზე დაყრდნობით.

ეს შეიძლება გამოიყურებოდეს ისე, როგორც მეცნიერები იყენებენ ღეროვან უჯრედებს გულის კუნთის უჯრედების შესაქმნელად, მათ შეუძლიათ გადანერგონ გულის ქრონიკული დაავადებით დაავადებულებში. ცხოველებზე გაკეთებული გამოკვლევების თანახმად, ძვლის ტვინის სტრომალურ ღეროვან უჯრედებს ამ გამოყენების დაპირება აქვთ, თუმცა ზუსტი მექანიზმი ჯერ კიდევ გაურკვეველია. მეცნიერები არ არიან დარწმუნებული, ღეროვანი უჯრედები წარმოშობს თუ არა გულის კუნთის ახალ უჯრედებს ან სისხლძარღვების უჯრედებს - ან საერთოდ რაიმე სხვას აკეთებენ?

კიდევ ერთი თეორიული მაგალითია ტიპის 1 დიაბეტი. მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ განასხვავებენ ადამიანის ემბრიონის ღეროვან უჯრედებს უჯრედებში, რომლებიც წარმოქმნიან ინსულინს. დიაბეტით დაავადებულთა იმუნური სისტემა არღვევს ამ უჯრედებს და კრძალავს მათ სამუშაოს შესრულებას. მეცნიერებს აინტერესებთ, შეეძლოთ თუ არა მათ ერთ დღეს ღეროვანი უჯრედების დიფერენცირება ინსულინის წარმომქმნელ უჯრედებად და პაციენტებში გადანერგვა.

გარდა გულის დაავადებებისა და დიაბეტისა, ადამიანის სხვა დაავადებები და პირობები, მეცნიერები თვლიან, რომ ამ სამედიცინო მიღწევამ შესაძლოა გავლენა იქონიოს და მოიცავს:

• იწვის.
• მაკულარული დეგენერაცია, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მხედველობის დაკარგვა.
• ოსტეოართრიტი და რევმატოიდული ართრიტი.
• ზურგის ტვინის დაზიანება, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს დაბუჟება, ფუნქციის დაკარგვა ან დამბლა.
• ინსულტი.

რა თქმა უნდა, ამ რომანი თერაპიის რეალურ პაციენტებამდე მიტანა მოითხოვს მეცნიერებს ამ თეორიული პროცესის ყველა საფეხურის ათვისებაში. ეს ნიშნავს, რომ მათ უნდა:

• იმდენი ღეროვანი უჯრედების გაზრდა, რომ ქსოვილი ან ორგანო ფიზიკურად ააშენოს.
• სტიმულირება ღეროვანი უჯრედების სწორი დიფერენცირებისთვის.
• დარწმუნდით, რომ დიფერენცირებულ ღეროვან უჯრედებს შეუძლიათ გადარჩეს პაციენტის სხეულის შიგნით.
• დარწმუნდით, რომ დიფერენცირებული ღეროვანი უჯრედები სწორად ინტეგრირდება პაციენტის სხეულის შიგნით მიმღებ ქსოვილებში.
• გონივრულად ელით, რომ ახალმა ქსოვილმა ან ორგანომ უნდა შეასრულოს სამუშაო, რომლისთვისაც შედგენილია პაციენტის მთელი ცხოვრების განმავლობაში.
• დარწმუნდით, რომ ახალმა უჯრედებმა არ მიაყენეს პაციენტს რაიმე ზიანი, მაგალითად კიბო.

ღეროვანი უჯრედების განმარტებით, ეს ნაბიჯები ჩანასახოვანი ღეროვანი უჯრედების გამოყენებით მიიღწევა, მაგრამ საჭიროა მრავალი წლის სერიოზული კვლევა მრავალ ფრონტზე. სწორედ ამიტომ, ღეროვანი უჯრედების კვლევა პროფესიონალურ მეცნიერებებში ძალიან აქტიური სფეროა - და ასევე, ის არის გონების მრავალი მასწავლებლისა და სტუდენტის აზრი.

მიუხედავად იმისა, რომ ღეროვანი უჯრედების კვლევის საბოლოო შედეგი შეიძლება მაინც იყოს გზაზე, ზრდის ზოგად გაგებას ღეროვანი უჯრედების სტრუქტურისა და თუ როგორ მუშაობს ღეროვანი უჯრედების დიფერენციაცია, ეს შესანიშნავი საშუალებაა, რომ გახდე ამ განვითარებადი მეცნიერება