Впервые термин «стволовые клетки» (СК) был использован известным русским ученым, гистологом и эмбриологом А.А. Максимовым в 1908 г. в выступлении на международном конгрессе гематологов в Берлине. В своих работах он выдвигал идею происхождения гемопоэтических клеток и части клеток соединительной ткани из лимфоцитоподобных клеток [1].

С тех пор учение о СК, их природе, функциях и месте в процессах жизнедеятельности человека и животных получило широкое развитие и пополнилось огромным числом открытий.

Одной из решающих вех на этом пути явились работы А.Я. Фриденштейна и его школы [2—4].

Можно без преувеличения сказать, что исследования по проблемам СК являются одними из важнейших для теории и клинической практики. Не случайно в 1999 г. журнал «Science» признал открытие СК третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека» [5].

Известно, что биологические системы, в том числе на организменном, тканевом и клеточном уровнях, построены по принципу множественных страховок и компромиссов между максимальной экономностью и «достаточной» эффективностью осуществляемой ими функции, что и обеспечивает их оптимальную интегральную эффективность [6].

Другим примером механизма сдержек и степеней свободы в выборе путей развития событий в эмбриогенезе могут послужить отмеченные в статье И.Н. Сабуриной и В.С. Репина антагонистические отношения ряда генов на этапах эмбриогенеза: «В ходе гаструляции и формирования мезо-, эндо- и эктодермы происходит необратимая утеря экспрессии канонических генов, контролирующих плюрипотентность генома истинных ЭСК: Oct4, Nanog, FoxD3, Rex-1» [7].

Одним из приспособлений в кинетике делений СК является асимметричное распределение клеточных линий в клетках потомства, сохраняющих мультипотентность и клетках, подвергающихся дифференцировке и потому выпадающих из пула СК.

Асимметричное деление СК (АДСК) является обязательным условием для осуществления нормального развития организма животных и человека. Это одно из древнейших приспособлений, посредством которого происходит построение многоклеточных организмов из зиготы [8].

Этот механизм наблюдается не только у высших организмов, но и таких более простых форм, как дрозофилы и т. д. [9].

Построение тканей и органов многоклеточных организмов осуществляется последовательными циклами делений клеток, часть которых при этом сохраняет мультипотентный потенциал, т. е. остается в пуле СК, другая — начинает дифференцироваться и таким образом теряет мультипотентность.

Благодаря АДСК происходит самообновление СК, сохраняющих эту способность на протяжении всей жизни и поддерживающих общее количественное постоянство и вместе с тем равновесие как резерва СК, так и восполнение популяции дифференцированных клеток, что не менее важно для поддержания гомеостатического статуса организма [9].

Нарушение этого равновесия может приводить к тяжелым последствиям. Так, снижение выхода СК из процесса АДСК может привести к развитию тканевой деструкции и атрофических процессов, в то время как гиперпродукция СК чревата развитием опухолей [10—12].

Классической моделью для изучения механизмов АДСК послужили СК дрозофил.

Данные исследований, проведенных на дрозофилах, засвидетельствовали существование двух альтернативных механизмов АДСК: генетически детерминированного (cell-intrinsic) и определяемого локализацией в области ниш, в которых реализуется влияние микроокружения.

Механизмы, посредством которых осуществляются эти два варианта АДСК, были обстоятельно исследованы на нейробласте дрозофилы.

Первый вариант АДСК реализуется в двух дочерних клетках, которые делятся асимметрично вдоль апикально-базальной оси. При этом в базальном комплексе нейробласта наблюдается экспрессия генов Numb, Miranda и Prospero, ответственных за АДСК. Одна из дочерних клеток делится еще один раз и затем превращается в ганглиозную дифференцированную клетку.

Что касается второго варианта АДСК, то у Drosophila примером АДСК служат мужские и женские СК герминативной линии (ГСК), которыми управляют внешние детерминанты. ГСК находятся в микросреде, которая определяет характеристики С.К. Этот комплекс факторов микроокружения, определяющих характеристики и поведение СК, назван нишей С.К. Ниша создает среду, в которой, благодаря системе сигналов, определяется поведение СК и, в частности, наступает ограничение их экспансии в физиологических пределах [13].

В то же время указывается на то, что у позвоночных животных механизмы АДСК сложнее, чем у беспозвоночных и поэтому, возможно, имеют определенные особенности, по сравнению с более простыми формами организмов [13].

Прежде всего заметим, что мультипотентность сама по себе представляет некое умножение типов клеток (типов клеточных линий), образующихся в результате делений клеток (типов дочерних клеток) и в конечном счете их дифференцировки. Так, для мезенхимных СК (МСК), это, как известно, костные, хрящевые и жировые клетки [14].

До последнего времени речь шла об определенных пределах мультипотентности для СК взрослого организма и поэтому указанная ограниченность мультипотентности принималась как основное отличие СК взрослого организма от плюрипотентности клеток эмбриона [15].

Считалось, что в отличие от плюрипотентных эмбриональных СК, которые способны дать начало всем клеточным типам, СК взрослых млекопитающих в нормальных условиях способны дифференцироваться лишь в пределах их тканевой принадлежности.

Однако полученные в последние десятилетия новые данные свидетельствуют о противоположном — о том, что в действительности пластичность СК взрослых выходит далеко за пределы тканей, которым они принадлежат.

Разработка принципиально новой экспериментальной стратегии, основанной на выведении СК из системы генетически детерминированных динамических отношений, присущих онтогенезу многоклеточных организмов, в том числе человека и животных, позволила выявить возможность реверсии фенотипических характеристик СК с их возвращением к утраченной с возрастом пластичности.

Так, были получены доказательства пластичности СК костного мозга, в частности способности к трансдифференцировке гемопоэтических СК костного мозга и МСК костного мозга [16].

M. Eglitis и E. Mezey в 1997 г. опубликовали данные, согласно которым гематопоэтические клетки костного мозга взрослых мышей, пересаженные в головной мозг этих животных, давали начало линиям глиальных клеток [17].

В другой работе была продемонстрирована способность клеток, полученных из стромы костного мозга взрослого человека, давать линию СК, дифференцирующихся в направлении клеток с невральным фенотипом, выражающемся в экспрессии mРНК, nestin, Enolase 2 и связанного с микротубулярной системой цитоплазмы белком 1b (MAP1b). Со временем в некоторых случаях отмечалась активация нейрогенных транскрипционных факторов, таких как Engrailed-1 и Nurr1 [18].

Данные, подтверждающие аналогичную способность прогениторов скелетогенных клеток человека, были опубликованы также S. Schultz и P. Lucas [19].

Таким образом, результаты исследований последних лет позволили перейти к наиболее эффективным методам в разработке протоколов, решающих проблему регенерации нервных элементов, в том числе с использованием клеток, полученных из мышечной ткани. Больше того, было установлено, что эффективным может быть даже ксеногенный клеточный материал. Введение мышам человеческих прекьюсорных клеток обусловливало развитие у подопытных животных регенерации аксонов при участии донорских клеток [20].

Особого внимания заслуживают данные, опубликованные в ряде статей по вопросам эпителиомезенхимальной пластичности мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в норме и при патологии [21].

Указывалось, что стремление к фенотипическому унифицированию «обрезает» пределы/масштабы гетеротипии и тем самым скрывает (кумуфлирует) от исследователей феномен пластичности СК взрослых как генетически заложенную в них способность к диверсификации, к трансдифференцировке СК, связанную с их гистогенетической пластичностью, которая может воспроизводиться в определенных условиях [22].

Это очень важный в стратегическом отношении момент, потому что именно возможность выявления фенотипической гетерогенности позволяет получить представление о феномене пластичности СК, в частности наблюдать и исследовать мезенхимо-эпителиальную конверсию СК взрослых.

Внедрение в практику новых методологических концепций тормозилось появлением данных об осложнениях, с которыми сопряжено системное применение клеточного материала, полученного от взрослых и размноженного in vitro, о чем будет сказано ниже.

Тем не менее по ряду направлений появились весьма обнадеживающие сообщения, свидетельствующие об эффективности применения СК взрослых как одного из методов реализации стратегии регенеративной медицины. Так, стало известно об опыте применения взрослых СК, выведенных по авторам на уровень «тотепотентности» при комплексном лечении болезни Паркинсона [23].

Сообщалось об успешном применении инъекций СК в область поражения при остеоартрите [24].

Кроме того, появились данные о том, что применение аутологичных СК трансплантатов костного мозга повышало ремиссионный эффект терапии рака молочной железы в тех случаях, когда другие терапевтические средства оказывались неэффективными [25].

Однако применение взрослых СК, тем более «искусственно» выведенных на уровень плюрипотентности, сопряжено с серьезными рисками. Авторы указывают, что СК взрослых, приобретшие высокий уровень пластичности, в поведенческом плане аналогичны опухолевым клеткам, в том числе в плане их плюрипотентности (и пластичности) [26].

Имеются определенные указания на то, что применение СК взрослых может готовить почву для туморогенеза [27, 28].

Тяжелым и достаточно частым осложнением системной имплантации аллогенных гемопоэтических СК является облитерирующий бронхиолит [29, 30].

Пожалуй, одним из хорошо развитых направлений практического применения клеточных технологий можно признать стоматологию и челюстно-лицевую хирургию [31].

Во-первых, ткани зубов, а конкретно их пульпа, оказались оптимальным источником СК, который характеризуется прежде всего легкостью получения клеточного материала, его полноценностью с точки зрения жизнеспособности и пластичности [32].

Ряд проведенных исследований свидетельствует о перспективности этого источника С.К. Эксперименты на лабораторных животных подтвердили ожидания исследователей [33].

Чрезвычайно перспективным является применение СК, полученных из пульпы молочных зубов, пульпы вне ряда стоящих зубов, ретенированных зубов, а также ткани прикорневой области и периодонтальной связки [34, 35].

В ряде работ была продемонстрирована возможность индукции высокой плюрипотентности и пластичности СК из незрелой пульпы зуба человека (третий моляр или зуб мудрости) [36].

Два момента обращали на себя внимание: СК, полученные из пульпы зубов, будучи посеянными на плотные скофолды, проявляли отчетливую тенденцию к формированию костных структур с организованными сосудистыми системами, т. е. практически воспроизводили процесс образования зрелой костной ткани (но не дентина!) [37].

Недавно были опубликованы данные о новом и более эффективном подходе к решению проблемы клеточной терапии, направленной на регенерацию пульпы и в целом зубных тканей, с применением С.К. Стратегия, предложенная авторами, состояла в использовании с целью насыщения популяции СК клетками дентинопоэтической линии, гранулоцит-колониестимулирующего фактора (Granulocyte-colony stimulating factor — G-CSF). Это эпигенетическое по сути воздействие вызывало активацию размножения клеток подпопуляции «мобилизованных» СК пульпы, наделенных фенотипическими характеристиками клеток пульпы, в том числе способностью осуществлять дентиногез, и к тому же апоптозоустойчивых и без тенденции к генетическим аберрациям [38].

В историческом плане развитие учения о СК и их роли в процессах жизнедеятельности организма животных и человека характеризуется накоплением фундаментальных данных о формах и проявлениях их функциональной активности на различных этапах развития организма и механизмах контроля их осуществления на различных этапах анте- и постнатального онтогенеза.

В качестве важнейших событий и в то же время этапов на пути развития учения об СК следует указать следующие:

— 1908 г. — формулирование идеи о существовании СК — незрелых предшественников клеточных линий А.А. Максимовым (гематопоэтических, по А.А. Максимову);

— 60-е годы ХХ столетия — разработка общей теории стволовых СК А.Я. Фриденштейном и его школой на материале, полученном из костного мозга;

— конец ХХ столетия — исследование АДСК как гомеостатического механизма [39];

— разработка стратегий, основанных на эпителиомезенхимальной конверсии и других проявлений пластичности «взрослых» С.К. Развитие представлений о плюрипотентности СК, в том числе на различных этапах онтогенеза и исследование свойств пластичности взрослых СК, разработка методов репрограммирования СК [40, 41].

Учение о СК вошло в XXI век с мощным информационным заделом и основательно разработанными стратегиями, основанными на достаточно полно обоснованных теоретических концепциях, которые по многим направлениям были транслированы в клиническую практику.

В представленном обзоре было отдано должное необходимой осторожности в практическом применении клеточных технологий, тем более когда речь идет о вмешательствах на генетически детерминированных уровнях функций СК.

Этот обзор посвящен состоянию исследований по проблемам с СК и перспективам их развития. И в то же время в нем показана актуальность данной проблематики для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.