Викторов И.В., Савченко Е.А., Алексеева Н.Ю., Чехонин В.П., Дмитриева Т.Б.
(Федеральное Государственное Учреждение «Государственный Научный Центр социальной и судебной психиатрии им. В.П.Сербского» (ФГУ «ГНЦ ССП»); 119992 Москва Кропоткинский пер. д. 23; e-mail: victorov_iv@bk.ru)
Все возрастающий в последние годы интерес к выделению и культивированию нейральных стволовых и прогениторных клеток обусловлен в первую очередь перспективами их терапевтического использования при травматических повреждениях спинного мозга и дегенеративных заболеваний центральной нервной системы человека. Основанием этого служат положительные результаты многочисленных экспериментальных исследований с использованием трансплантации эмбриональных (бластоцитарных), гематопоетических и мезенхимальных стволовых клеток, выполненных на различных моделях патологии спинного и головного мозга крыс и мышей (1,2,5,7,14, 29).
Не сбрасывая со счетов результаты этих экспериментальных исследований, необходимо признать, что наиболее приемлемым клеточным материалом для клинических трансплантации служат нейральные и, в первую очередь, аутологические стволовые и прогениторные клетки, поскольку использование аутологических клеток снижает риск иммунного отторжения трансплантата, исключает возможность переноса генетических дефектов, вирусных и прионных заболеваний. В этой связи, одной из задач фундаментальных нейробиологических исследований является поиск источников аутологических нейральных стволовых и прогениторных клеток. В последние годы такие исследования направлены на выделение этих клеток из структур обонятельной системы - обонятельного эпителия и обонятельной луковицы.
Обонятельный эпителий, периферический рецепторный отдел обонятельной системы, составляет относительно небольшую часть слизистой оболочки носа и локализован в верхних носовых ходах и верхних отделах носовой перегородки (Рис 1, А-В). Площадь обонятельного эпителия определяется значением обонятельной функции у различных представителей класса млекопитающих. Так, по литературным данным, площадь обонятельного эпителия человека равна 5-10 см2, в то время как у собак она составляет 170 см2. Клеточная структура обонятельного эпителия и подстилающего его слоя соединительной ткани (Lamina propria) сходны у всех млекопитающих и показаны на Рис 1, Г.
Более тридцати лет назад, было установлено, что рецепторные нейроны обонятельного эпителия постоянно, в течение всей жизни млекопитающих, погибают, как позднее выяснилось, по механизмам апоптоза, и замещаются вновь образующимися клетками того же типа (15,16). Гибель рецепторных нейронов сопровождается дегенерацией аксонов этих клеток, которые окачиваются в поверхностных слоях обонятельной луковицы, где они образуют синаптические связи с концевыми ветвлениями митральных и пучковидных клеток в составе так называемых «гломерул». Начало новообразующимся рецепторным нейронам дают шаровидные и горизонтальные стволовые клетки, локализованные на границе обонятельного эпителия и Lamina propria (Рис 2, А-В).
В процессе формирования зрелых рецепторных нейронов шаровидные и горизонтальные стволовые клетки трансформируются в прогениторные клетки, которые проходят несколько последовательных стадий дифференциации (детально см. 9,23). При новообразовании рецепторных нейронов регенерирующие аксоны этих клеток полностью восстанавливают утраченные синаптические связи (19) при этом рост регенерирующих аксонов обеспечивают специфические обкладочные глиальные клетки, получившие в англоязычной литературе название Olfactory Ensheathing Сells. (OECs). Эти клетки входят в состав обонятельного нерва и сопровождают его до окончания в наружных слоях обонятельной луковицы. OECs характеризующиеся фенотипическими и имуноцитохимическими признаками астроцитов и Шванновских клеток, продуцируют комплекс нейроростовых факторов и молекул клеточной адгезии, что и определяет их способность стимулировать рост регенерирующих аксонов (4,8,12,26). С начала 90-х гг. прошлого столетия трансплантацию культивируемых OECs начали использовать при травматических повреждениях и спинного мозга и периферических нервов. Результаты многочисленных экспериментальных и, в последние годы, единичных клинических исследований показали, что трансплантация культивируемых OECs или фрагментов ткани обонятельного эпителия сопровождается регенерацией и миелинизацией поврежденных аксонов спинальных трактов и частичным восстановлением нарушенных моторных, сенсорных и вегетативных функций (13,20,27). Однако в ряде исследований последних лет было установлено, что позитивные результаты таких трансплантаций обусловлены не только регенераторными потенциями ЕС, а также влиянием более сложного и многокомпонентного клеточного комплекса, включающего, помимо OECs, фибробласты обонятельного нерва, Шванновские клетки и, по всей видимости, стволовые и прогениторные клетки обонятельного эпителия (8).
Известно, что обонятельная луковица является конечной инстанцией переднего миграционного пути, по которому мигрируют стволовые клетки перивентрикулярной зоны (1,5,6). Длительное время оставался неясным вопрос о том, являются ли стволовые клетки обонятельной луковицы взрослых млекопитающих, включая человека, собственными стволовыми клетками этой структуры или клетками, мигрировавшими из перивентрикулярной зоны (17,25). Ответ на этот вопрос был получен в исследовании Liu Z. и соавт. (21). Введение бромодеоксиуридина (BrdU) позволило показать, что сердцевина обонятельной луковицы (olfactory bulb core) содержит собственные, постоянно пролиферирующие, мультипотентные стволовые и прогениторные клетки, которые при последующем культивировании дифференцируются в нейроны и глию. Интересно отметить, что, как показано в этом исследовании, при совместном культивировании с миобластами стволовые клетки обонятельной луковицы, дифференцированные в нейральном направлении, образуют зрелые нейромышечные синапсы.
В цитированных выше работах высказывается предположение о возможности использования аутологических стволовых и прогениторных клеток обонятельной луковицы для трансплантации и клеточной терапии головного и спинного мозга человека, несмотря на то, что их выделение требует нейрохирургического вмешательства. Надо признать, что это обстоятельство, наряду со сложностью получения культур стволовых и прогениторных клеток обонятельной луковицы, существенно ограничивает перспективы их клинического использования. Этих недостатков лишена другая структура обонятельной системы, а именно, обонятельный эпителий.
Стволовые клетки были выделены из обонятельного эпителия мышей, крыс и человека (в том силе при аутописии спустя 6-18 часов post mortem) и переведены в культуру (3,10,11,18, 22-24, 28,29). При культивировании клеток обонятельного эпителия пролиферирующие стволовые клетки образуют нейросферы, включающие, помимо собственно стволовых нейральных клеток, также и глиальные клетки. При клонировании и культивировании в монослое стволовые клетки нейросфер способны дифференцироваться в нервные и глиальные клетки (Рис.3). Опубликовано работа, в которой показано, что трансплантация стволовых нейральных клеток обонятельного эпителия человека в поврежденный спинной мозг крыс сопровождается активация регенераторного роста аксонов спинальных трактов и частичным восстановлением нарушенных моторных и сенсорных функций (30).
Таким образом, не вдаваясь в детальный анализ проблем клеточной терапии нервной системы, можно заключить, что обонятельный эпителий является доступным и, возможно, на сегодняшний день, единственным источником аутологических нейральных стволовых, прогениторных и обкладочных глиальных клеток, трансплантация которых открывает новые перспективы в лечении травматических повреждений спинного мозга и периферических нервов, а также ряда дегенеративных заболеваний центральной нервной системы человека.
Список литературы:
1. Викторов И.В. Стволовые клетки мозга млекопитающих: биология стволовых клеток in vivo и in vitro. Известия АН. Серия биологическая. 2001; № 6: 646-655.
2. Викторов И.В., Сухих Г. Т. Медико-биологические аспекты применения стволовых клеток. Вестник РАМН. 2002; №4: 24-30.
3. Викторов И.В., Савченко Е.А., Ухова О.В., Алексеева Н.Ю., Чехонин В.П. Мультипотентные стволовые и прогениторные клетки обонятельного эпителия. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2006; №4: 185-193.
4. Савченко Е.А., Андреева Н.А., Дмитриева Т.Б. Чехонин В.П. Культивирование специализированных глиальных клеток (Olfactory Ensheathing Cells) обонятельного эпителия человека. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2005; №2: 95-98.
5. Сосунов А.А., Челышев Ю.А.,Мак-Кханн Г. и соавт. Нейрогенез в головном мозгу зрелых млекопитающих. Онтогенез. 2002; 35: 405-420.
6. Alvarez-Buylla A, Garc?a-Verdugo J.M. Neurogenesis in adult subventricular zone. Neurosci. 2002; 22: 629-634 (мигр StC из SVZ)
7. Abrous D., Koehl M., Le Moal. M. Adult Neurogenesis: From Precursors to Network and Physiology. Physiol. Rev. 85: 523-569, 2005;
8. Barnett S. C., Riddell J. S. Olfactory ensheathing cells (OECs) and the treatment of CNS injury: advantages and possible caveats. J. Anat. 2004;204:57-67.
9. Beites C.L., Kawauchi S., Crocker C.E., Calof A.L. Identification and molecular regulation of neural stem cells in the olfactory epithelium. Exp. Cell Res. 2005; 306:3309-316.
10 .Calof A., Mumm J.S., Pim P.C., Shou J. The neuronal stem cells of the olfactory epithelium. J.Neurobiol. 1998; 36: 190-205.
11. Carter L.A., MacDonald J.L., Roskams A.J. Olfactory horizontal basal cells demonstrate a conservative multipotent progenitor phenotype. J. Neurosci. 2004; 24(25): 5670-5683.
12. Doucette, Olfactory ensheathing cells: Potential for glial cell transplantation into areas of CNS injury, Histol. Histolopathol. 1995; 10: 503-507.
13. Feron F., Perry C., Cochrane J. et al. Autologous olfactory ensheathing cells transplantation in human spinal cord injury. Brain. 2005; 128:2951-2960.
14. Gage F. Mammalian neural stem cells, Science. 2000; 287:1433-1438.
15. Graziadei P.P., Graziadei G.A. Neurogenesis and neuron regeneration in the olfactory system of mammals. I. Morphological aspects of differentiation and structural organization of the olfactory epithelium. J. Neurocytol. 1979; 8: 1-18.
16. Graziadei G.A. and Graziadei P.P. (1979). Neurogenesis and neuron regeneration in the olfactory system of mammals: II. Degeneration and reconstitution of the olfactorysensory neurons after axotomy. J. Neurocytol. 8, 197-213
17. Gritti A., Bonfanti L., Doetsch F. et al. Multipotent neural stem cells reside into the rostral extension and olfactory bulb of adult rodents. J. Neurosci. 2002; 22: 437-445.
18. Huard J.M.T., Yougentob S.L., Goldstein B.J. Adult olfactory epithelium contains multipotent progenitors that give rise to neurons and non-neuronal cells. J.Comp.Neurol. 1998; 400:469-486.
19. Iwema C.L., Fang H., Kurtz D.B. et al. Odorant receptor expression patterns are restored in lesion-recovered rat olfactory epithelium. J. Neurosci. 2004;24:356-369/
20. Lima C., Patas-Vital J., Escada P. et al. Olfactory mucosa autografts in human spinal cord injury: a pilot clinical study. J. Spinal Cord Med. 2006; 29:191-203.
21. Liu Zh., Martin L.J. Olfactory bulb core is a rich source of neural progenitor and stem cells in adult rodent and human. J.Comp. Neurol. 2003; 458:368-391.
22. Marshall C.T., Lu C., Winstead W. et al. The therapeutic potential of human olfactory-derived stem cells. Histol. Histopathol. 2006; 21: 633-643.
23. Murrell W., Feron F., Wetzig A. et al. Multipotent stem cells from adult olfactory mucosa. Developmental . Dynamics. 2005; 233: 496-515.
24. Othman M.M., Klueber K.M., Roisen F.J. Identification and culture of olfactory neural progenitors from GFP mice. Biotechnic & Histochemistry. 2003; 78: 57-70.
25. Pagano S.F., Impagnatiello F., Girelli M. et al. Isolation and characterization of neural stem cells from the adult human olfactory bulb. Stem Cells. 2000; 18: 295-300.
26. Raisman J. Olfactory Ensheating cells- another miracle cure for spinal cord injury? Nature Reviews. Neuroscience. 2001; 2: 369- 373.
27. Ramer L., Au E., Richter M.W. et al. Peripheral olfactory ensheathing cells reduce scar and cavity formation and promote regeneration after spinalcord injury. J.Comp.Neurol. 2004; 473: 1-15/
28. Roisen F.J., Klueber K.M., Lu C.L. et al. Human adult olfactory stem cells. Brain Res. 2001; 890: 11-22.
29. Wobus A.W., Boheler K.R. Embryonic stem cells: prospects for development biology and cell therapy. Physiol. Rev. 2005; 85: 635-678.
30. Xiao M., Kluebera K.M., Lua C. et al. Human adult olfactory neural progenitors rescue axotomized rodent rubrospinal neurons and promote functional recovery. Exp. Neurol. 2005; 194: 12- 30.
Рис. 1.
Локализация и строение обонятельного эпителия.
А, Б - обонятельный эпителий носовой полости человека.
В - обонятельный эпителий носовой полости крысы.
Г - Схема структуры обонятельной выстилки:
ОЭ - обонятельный эпителий; ОРН - обонятельные рецепторные нейроны;
ОК - опорные клетки; СК - стволовые клетки; LP - Lamina propria;
OECs - Ensheathing cells (обкладочные глиальные клетки); АОРН - аксоны обонятельных рецепторных нейронов; РК - решетчатая кость.
Звездочка - Боуменова железа.
Рис. 2
Структура и стволовые клетки обонятельного эпителия.
А - Цитоархитектоника обонятельного эпителия.
Черные стрелки - слой стволовых клеток;
Красные стрелки - дегенерирующие рецепторные нейроны.
Парафиновый срез. Окраска: гематоксилин-зозин.
Б - слева: схема строения обонятельного эпителия.
справа: последовательные стадии дифференциации стволовой клетки (СК) в зрелый рецепторный обонятельный нейрон (ОРН).
В - стадии дифференциации и производные шаровидной стволовой клетки обонятельного эпителия.
Б, В - Beites C. et al. 2005. Experimental Cell Research. Vol. 306; P.309 - 316 (частично изменено).
Г - стадии дифференциации и производные горизонтальной стволовой клетки обонятельного эпителия. (Carter L.A. et al. 2004. J. Neuroscience. Vol. 24. P. 5670- 5683).
Рис. 3
Клетки обонятельного эпителия in vitro.
A - монослойная культура клеток обонятельного эпителия крысы.
Б - нейроны в клонированной культуре клеток обонятельного эпителия крысы.
В - нейроны в клонированной культуре клеток обонятельного эпителия крысы.
Иммуноцитохимическая окраска антителами к нейрональной специфической енолазе.
Г - нейросфера в монослойной культуре клеток обонятельного эпителия крысы.
Д - нейросфера в культуре клеток обонятельного эпителия человека.
Иммуноцитохимическая окраска антителами к нестину и кислому глиофибриллярному белку (Marshall C.T. et al 2005. Brain Research. Vol. 1045; P. 45- 56)
Е - стволовые клетки в монослойной культуре обонятельного эпителия человека.
Иммуноцитохимическая окраска антителами к тубулину и периферину. Ядро - окраска DAPI (Marshall C.T. et al. 2006.Histol. Histopathol. Vol. 21; P, 633-643)
См. также:
Эффективность и безопасность стимуляции выброса стволовых клеток при остром ишемическом инсульте
Клеточные технологии для восстановления структурной и функциональной активности поврежденных тканей
Развитие наукоемких технологий в Дальневосточном регионе - одно из направлений демографической политики Правительства РФ
Цитогенетический контроль безопасности стволовых клеток
Подходы к паспортизации и обеспечение безопасности при работе с клеточными материалами
Опыт применения трансплантации стволовых кроветворных клеток при острых лейкозах в Онкогематологическом центре Свердловской областной клинической больницы №1
Инвестиционная привлекательность города Екатеринбурга для развития клеточных технологий и вариант оптимальной бизнес-модели
Эффективность комплексного применения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток при лечении психических медикаментозно резистентных заболеваний
Эмбриональные стволовые и эмбриональные тератокарциномные клетки: регуляция плюрипотентного статуса и тератокарциногенеза
Опыт трансплантации негемопоэтических стволовых клеток у пациентов с хроническими формами ишемической болезни сердца
...
Обсудить на форуме
