სად ვეძებოთ ღეროვანი უჯრედები ჩვენს ორგანიზმში?
1908 წელს ჰისტოლოგმა, სანკტ-პეტერბურგის სამხედრო სამედიცინო აკადემიის პროფესორმა ალექსანდრე მაქსიმოვმა ძვლის წითელ ტვინში, ჰემოპოეზის ანუ სისხლის წარმოქმნის პროცესის კვლევისას სწორედ ასეთი უჯრედები აღმოაჩინა. მან დაადგინა, რომ ძვლის წითელ ტვინში "ბინადრობენ" სპეციალური უჯრედები, რომელთა ერთადერთი ფუნქცია დაყოფაა. უჯრედის ყოველი დაყოფის შემდეგ წარმოიქმნება ორი შვილეული უჯრედი, რომელთაგან ერთი სისხლის უჯრედად გარდაიქმნება, მეორე კი ისევ იყოფა და ა.შ. თუ ამ პროცესს სქემატურად გამოვსახავთ და ყოველ შვილეულ უჯრედს მის წარმომქმნელ დედისეულ უჯრედთან ხაზებით დავაკავშირებთ, დავინახავთ, რომ შვილეული უჯრედები ქმნიან ერთგვარ ხეს, რომელსაც უჯრედის გაყოფის ყოველ ციკლში ემატება ახალი შვილეული უჯრედები, რომელთა ნაწილმა უკვე შეიძინა "პროფესია" ანუ დიფერენცირდა, ნაწილი კი ისევ დაიყო და ა.შ. მაქსიმოვმა ყველა ამ უჯრედის წინამორბედს ღეროვანი უჯრედი უწოდა. მიუხედავად იმისა, რომ ტერმინი "ღეროვანი უჯრედი" ჯერ კიდევ 1908 წელს იქნა შემოღებული უჯრედთა ბიოლოგიაში, სამეცნიერო სტატუსი მან მოგვიანებით, გასული საუკუნის 90-იან წლებში, ბიოლოგიის ახალი დარგის ჩამოყალიბების შემდეგ მოიპოვა. ღეროვანი უჯრედების ინტენსიური კვლევა დაიწყო 1998 წლიდან, როდესაც ამერიკელმა მეცნიერებმა ჯეიმს თომპსონმა და ჯონ ბეკერმა აღმოაჩინეს და გამოაცალკევეს ადამიანის ემბრიონული ღეროვანი უჯრედები და მიიღეს მათი ე. წ. სუფთა ხაზები. შემდეგ მათ აჩვენეს, რომ ამ უჯრედებს შესწევთ უნარი, გადაიქცნენ ანუ დიფერენცირდნენ ჩვენი ორგანიზმის პრაქტიკულად ყველა ტიპის უჯრედად. ამ ფაქტმა დასაბამი მისცა ღეროვანი უჯრედების ინტენსიურ კვლევას და მათი პრაქტიკული გამოყენების კუთხით ფართო პერსპექტივა გადაუშალა ბიოლოგიასა და მედიცინას, პირველ რიგში კი ისეთ დარგებს, როგორებიცაა ტრანსპლანტაცია, იმუნოლოგია და გერონტოლოგია. 1999 წელს ჟურნალმა "საიენსმა" ღეროვანი უჯრედების აღმოჩენა ბიოლოგიის განვითარებისთვის მნიშვნელოვან მოვლენად მიიჩნია და 1999 წელი გამოაცხადა ღეროვანი უჯრედების წლად. ღეროვანი უჯრედების აღმოჩენა დგას ბიოლოგიის ისეთი აღმოჩენების გვერდით, როგორებიცაა დნმ-ს ორმაგი სტრუქტურის აღმოჩენა და გაშიფვრა და ადამიანის გენომის გაშიფვრა. დნმ-ს სტრუქტურის გაშიფვრის ერთ-ერთმა ავტორმა, ჯეიმს უოტსონმა, ღეროვანი უჯრედების აღმოჩენის მნიშვნელობაზე საუბრისას აღნიშნა, რომ ამ უჯრედების აგებულება უნიკალურია, რადგან მათ, გარედან მიცემული ინსტრუქციების შესაბამისად, შეუძლიათ გარდაიქმნან ან ემბრიონად, ან სპეციალიზებულ სომატურ უჯრედად.
რა სახის ღეროვანი უჯრედებია დღეს ჩვენთვის ცნობილი?
ღეროვან უჯრედებს სხვა უჯრედებად გარდაქმნის სხვადასხვა პოტენციალი, უნარი ანუ პოტენტურობა აქვთ. დიფერენცირების უნარის მიხედვით მათ სამ ჯგუფად ყოფენ:
1. უჯრედები, რომლებსაც შეუძლიათ ყოველგვარი სახის ემბრიონული და ექსტრაემბრიონული ტიპის უჯრედებად გარდაქმნა. მათ ტოტიპოტენტურ უჯრედებს უწოდებენ. ასეთები არიან განაყოფიერებული კვერცხუჯრედი და 2-8 უჯრედის სტადიაზე მყოფი ბლასტომერები. განაყოფიერებული კვერცხუჯრედიდან - ზიგოტიდან ხომ მთელი ორგანიზმი წარმოიქმნება!
2. განაყოფიერებული კვერცხუჯრედის უჯრედები რამდენიმე დაყოფის შემდეგ ტოტიპოტენტურობის უნარს კარგავენ და იწყებენ დიფერენცირებას ჩვენს ორგანიზმში არსებული 220-იდან რომელიმე ერთი ტიპის უჯრედად. ასეთ ღეროვან უჯრედებს პლურიპოტენტურს უწოდებენ. ისინი ემბრიონის ყველა ტიპის უჯრედებს წარმოქმნიან.
3. ზრდასრული ორგანიზმის ქსოვილებში მოზრდილთა ღეროვანი უჯრედებია განლაგებული. ისინი ძირითადად იმ ქსოვილს აღადგენენ, საიდანაც წარმოიშვნენ. მათი პოტენტურობა საგრძნობლად ჩამოუვარდება ემბრიონული ღეროვანი უჯრედებისას, მაგრამ მათი დიფერენცირების უნარი უნიპოტენტურიდან მულტიპოტენტურამდე ვარირებს და ისინი ასრულებენ მეტად მნიშვნელოვან ფუნქციას - აღადგენენ და ენაცვლებიან ორგანიზმის ყველა დაზიანებულ და მკვდარ უჯრედს: ტვინისას, სისხლისას, თირკმლისას, ღვიძლისას, ძვლის ტვინისას, ბადურასას და სხვა.
სად ვიპოვოთ ჩვენს ორგანიზმში ჩვენთვის ასე საჭირო და მნიშვნელოვანი უჯრედები - უჯრედები, რომლებიც ინტენსიურად არ იყოფიან და ხანგრძლივად ინარჩუნებენ დიფერენცირების პოტენციალს?
ღეროვანი უჯრედები განცალკევებულად არ არსებობენ; ქსოვილში ისინი განსაზღვრულ მიკროგარემოცვაში არიან მოქცეულნი, რომელსაც ღეროვანი უჯრედების ნიშა ეწოდება. ეს არის სპეციალიზებული მიკროგარემოცვა, რომელიც უზრუნველყოფს უჯრედშორის სიგნალთა გადაცემას, რის შედეგადაც რეგულირდება ღეროვან უჯრედთა დაყოფისა და დიფერენცირების პროცესები. ნიშა უზრუნველყოფს ასევე ღეროვან უჯრედთა ხანგრძლივ ყოფნას მოსვენებით მდგომარეობაში. ასეთი მოსვენება რთული და ბოლომდე ჯერ კიდევ შეუსწავლელი გენეტიკური მექანიზმებით რეგულირდება. ჯერ კიდევ 1978 წელს რ. შოფილდმა გამოაქვეყნა სტატია, რომელშიც თეორიულად განიხილა ღეროვანთა ირგვლივ მდებარე უჯრედების გავლენის მნიშვნელობა უშუალოდ ღეროვან უჯრედებზე. მან აღნიშნა, რომ ღეროვანი უჯრედები უნდა განვიხილოთ მათ ირგვლივ მდებარე უჯრედებთან ერთად, რადგან ეს უკანასკნელნი გავლენას ახდენენ ღეროვან უჯრედთა ფუნქციობაზე. ეს არის ერთგვარი ქსოვილოვანი ერთეული, რომელიც შეუჩერებლად მოქმედებს და უზრუნველყოფს ღეროვანი უჯრედების დაყოფასა და დიფერენცირებას ამ ერთეულის შიგნით. მაგრამ ისევე როგორც ყველა ქსოვილი, ეს ერთეულიც ბერდება: ღეროვანი უჯრედების ირგვლივ მდებარე უჯრედთა ფუნქციონირების პოტენციალი ლიმიტირებულია და განსაზღვრავს ღეროვანი უჯრედების ბედს ამ ერთეულის შიგნით. ასაკთან ერთად ღეროვან უჯრედთა რაოდენობა ორგანიზმში მცირდება. მაგალითად, ახალშობილს ყოველ 10 000 უჯრედზე 1 ღეროვანი უჯრედი აქვს, 20-25 წლისთვის მათი რაოდენობა ყოველ 100 000 უჯრედზე ერთია, 30 წლისთვის - ყოველ 300 000 უჯრედზე ერთი, 50 წლისთვის - 500 000-ზე ერთი, 60-80 წლისათვის კი ერთი ღეროვანი უჯრედი 5-8 მილიონ უჯრედს შეესაბამება. ღეროვან უჯრედთა მარაგის ასეთი განლევა ორგანიზმს უკარგავს თვითაღდგენის უნარს. ამის გამოა, რომ სიცოცხლისუნარიანობა იკლებს. საჭიროების შემთხვევაში ღეროვანი უჯრედების ნიშის შიგნით იწყება ჯერ თვით ღეროვან უჯრედთა გამრავლება, მერე კი მომწიფება ანუ დიფერენცირება. დიფერენცირება მიმდინარეობს რამდენიმე სტადიის გავლით, ამიტომ ორგანიზმში ღეროვან უჯრედთა პოპულაციის შიგნით აღმოვაჩენთ დიფერენცირების სხვადასხვა სტადიაში მყოფ ღეროვან უჯრედებს. სხვადასხვა ორგანოსა და ქსოვილებში არიან ნაწილობრივ დიფერენცირებული ღეროვანი უჯრედები; ისინი მზად არიან, სწრაფად დიფერენცირდნენ და საჭირო ტიპის უჯრედად გარდაიქმნან. ამ უჯრედებს ბლასტებს უწოდებენ. მაგალითად, ტვინის ნაწილობრივ დიფერენცირებულ უჯრედებს ნეირობლასტები ეწოდება და ა.შ. ბიოტექნოლოგიური კომპანიის ხელმძღვანელი ს. პოტენი აღნიშნავს, რომ თუმცაღა ღეროვანი უჯრედები მრავალჯერ არ იყოფიან, დიფერენცირებული უჯრედები მაინც დიდი რაოდენობით წარმოიქმნება. თვით ღეროვანი უჯრედები ნიშაში დასაბამს აძლევენ შვილეულ უჯრედებს, შვილეული უჯრედები კი რამდენიმე თანამიმდევრული დაყოფის შემდეგ - უჯრედთა პოპულაციას, რომელიც შემდგომ დიფერენცირებულ უჯრედებად გარდაიქმნება და ორგანიზმში სპეციფიკურ ფუნქციებს ასრულებს. ღეროვან უჯრედთა დაყოფის ეს თავისებურება ბიოლოგიური თვალსაზრისით მნიშვნელოვანია, რადგან ამცირებს გენეტიკური დარღვევების წარმოშობის რისკს. დადასტურებულია, რომ სწორედ ღეროვან უჯრედში მომხდარი გენეტიკური დარღვევები იწვევს ნეოპლაზიურ ზრდას. შვილეულ უჯრედებში არსებული გენეტიკური დარღვევები კი არ არის საშიში, რადგან ეს უჯრედები, როგორც წესი, დაყოფას წყვეტენ და სხვადასხვა ტიპის უჯრედებად დიფერენცირდებიან. შვილეულ უჯრედებს სხვა მნიშვნელოვანი ფუნქციაც აკისრიათ: რაიმე მიზეზით ღეროვანი უჯრედების განადგურების შემდეგ მათ შეუძლიათ, ღეროვანი უჯრედების ადგილი დაიკავონ და მათი ფუნქცია შეასრულონ. ღეროვანი უჯრედების ნიშას შეუძლია იარსებოს ღეროვანი უჯრედების გარეშეც და თუკი მათში ღეროვან უჯრედებს გადავნერგავთ, ისინი ღეროვან უჯრედთა ნორმალურ ფუნქციობას უზრუნველყოფენ. მანამდე კი ღეროვანი უჯრედები თავიანთი გარემოცვიდან - ნიშიდან - იღებენ განსაზღვრულ სიგნალებს, რათა თავი შეიზღუდონ არაკონტროლირებადი, მრავალჯერადი დაყოფისგან და არადიფერენცირებულ მდგომარეობაში დარჩნენ. ამრიგად, ზრდასრული ორგანიზმის ქსოვილებში ღეროვანი უჯრედების ნიშის დანიშნულებაა, ერთი მხრივ, ღეროვანი უჯრედების დაყოფის შეზღუდვა, - ის მხოლოდ საჭირო რაოდენობის ღეროვანი უჯრედების გამრავლებას უზრუნველყოფს, - და, მეორე მხრივ, ღეროვანი უჯრედების მაქსიმალური დაცვა გარემოს ზემოქმედებისგან. მაგალითად, ნაწლავის ეპითელიუმის ღეროვანი უჯრედები ნაწლავის კრიპტის ანუ მილისებური ჩაღრმავების ქვედა ნაწილში მდებარეობს, მელანოციტებისა - თმის ფოლიკულში, ქონის ჯირკვლების ქვეშ, რქოვანას ღეროვანი უჯრედები - ლიმბის უბანში და ა.შ. იაპონელი მეცნიერები შეისწავლიდნენ თმის ფოლიკულს - მელანოციტების ღეროვან უჯრედთა ნიშას. მელანოციტები კანის უჯრედებია, რომლებშიც სინთეზდება შავი პიგმენტი - მელანინი. ამ პიგმენტის წყალობით ირუჯება, იღებს მუქ ფერს მზის ულტრაიისფერი სხივების გავლენით და ამავე სხივების მავნე მოქმედებისგან გვიცავს. მელანოციტები "ღებავენ" აგრეთვე თვალის ფერად გარსს, თმას და ა.შ. აღმოჩნდა, რომ თმის ფოლიკული მხოლოდ თვით თმის ზრდისთვის კი არ არის საჭირო, არამედ მომავალი მელანოციტების ნიშასაც წარმოადგენს. ამ აღმოჩენას თეორიული და პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. ნუ დაგვავიწყდება, რომ მელანომა ადამიანის ყველაზე "ავი" სიმსივნეა; მასთან ბრძოლა გაგვიადვილდება, თუ გვეცოდინება ღეროვანი უჯრედებისგან მელანოციტების წარმოქმნის მექანიზმი. ამ აღმოჩენამ შესაძლოა სრულიად შეცვალოს კოსმეტოლოგია. შესაძლოა, მომავალში ადამიანებმა თმა აღარც კი შეიღებონ - ნაცვლად ამისა, ისინი ექიმ კოსმეტოლოგს სთხოვენ, სპეციალური სტიმულატორების საშუალებით გაუაქტიურონ ღეროვანი უჯრედები, რომლებიც თმის რეპიგმენტაციას შეძლებენ. ექსპერიმენტულ ცხოველებზე ჩატარებულმა ცდებმა ღეროვანი უჯრედების კიდევ ერთი თვისება წარმოაჩინა: ამ უჯრედებს მიგრაციის უნარი შესწევთ. მიგრაცია შეიძლება მიმდინარეობდეს დაზიანების ადგილისკენ ან რომელიმე ორგანოსკენ, ქსოვილისკენ და, დასასრულ, ღეროვანი უჯრედების ნიშისკენ. მიგრაციის უნარი განპირობებულია ბიოქიმიური სიგნალებით, რომლებიც დაზიანებული ადგილიდან მოდის. უახლეს ნაშრომებში ნაჩვენებია ძვლის ტვინის ღეროვან უჯრედთა მიგრაცია დაზიანებული ადგილისკენ, კერძოდ, მიოკარდისკენ, ღვიძლისკენ, თავის ტვინისკენ, ფილტვისკენ. ნაყოფის მეზენქიმური ღეროვანი უჯრედები კი აღწევენ დედის ორგანიზმში და მას დაზიანებული ორგანოს აღდგენაში ეხმარებიან. აშშ-ში მეცნიერთა ჯგუფმა დაადგინა, რომ ორსულის სისხლში სამი ტიპის უჯრედები ცირკულირებს: ტროფობლასტებისა, იმუნური სისტემისა და მეზენქიმური ღეროვანი უჯრედები. მეზენქიმური ღეროვანი უჯრედები ის უჯრედებია, რომელთაგანაც ცხიმის, ძვლისა და ხრტილის უჯრედები წარმოიქმნება. ვარაუდობენ, რომ ეს უჯრედები ნაყოფის იმუნური სისტემის უჯრედებთან ერთად ეხმარება დედის ორგანიზმს, ნაყოფი უცხოდ არ აღიქვას.
რომელი ღეროვანი უჯრედებია აღმოჩენილი ჩვენს ორგანიზმში?
1. ჰემოპოეზური ღეროვანი უჯრედები. ისინი სისხლის ყველა უჯრედს აძლევენ დასაბამს. ეს უჯრედები, გარდა ძვლის ტვინისა, აღმოჩენილია კუნთოვანი ქსოვილის უჯრედებს შორის და სისხლში;
2. მეზენქიმური ღეროვანი უჯრედები - ძირითადად ძვლის ტვინშია;
3. ქსოვილსპეციფიკური ღეროვანი უჯრედები - ორგანიზმის სხვადასხვა ქსოვილშია; ისინი, პირველ რიგში, პასუხს აგებენ ქსოვილის უჯრედული პოპულაციის განახლებაზე და პირველად დაზიანებისას აქტიურდებიან. ჩვენს ორგანიზმში სხვადასხვა სახის ქსოვილსპეციფიკური ღეროვანი უჯრედია აღმოჩენილი:
ა) ნეირონული ღეროვანი უჯრედები თავის ტვინში მდებარეობს და დასაბამს აძლევს როგორც ნეირონებს, ისე არანეირონულ უჯრედებს - ასტროციტებსა და ოლიგოდენდროციტებს;
ბ) კანის ღეროვანი უჯრედები ეპიდერმისში და თმის ფოლიკულებთან მდებარეობს; დასაბამს აძლევს კერატოციტებს, რომლებიც მიგრირებენ კანის ზედაპირზე და კანის დამცველ შრეს ქმნიან;
გ) ჩონჩხის კუნთების ღეროვანი უჯრედები - მათ უნარი შესწევთ, დიფერენცირდნენ ხრტილოვან, ცხიმოვან, ნერვულ და ძვლოვან ქსოვილებად;
დ) მიოკარდის ღეროვანი უჯრედები გარდაიქმნება კარდიომიოციტებად და სისხლძარღვთა ენდოთელიუმად;
ე) ცხიმოვანი ქსოვილის ღეროვანი უჯრედები - ისინი 2001 წელს აღმოაჩინეს; მათგან შეგვიძლია მივიღოთ ნერვული, კუნთის, ძვლის, სისხლძარღვთა უჯრედები;
ვ) ეპითელური ღეროვანი უჯრედები - საჭმლის მომნელებელი სისტემის სხვადასხვა უჯრედს აძლევს დასაბამს;
ზ) ნაყოფირგვლივი სითხის ღეროვანი უჯრედები - შესაძლებელია მათი ისე შეგროვება, რომ ნაყოფს ზიანი არ მიადგეს.
სხვა სახის ღეროვანი უჯრედების ადგილმდებარეობის დასადგენად დღესაც მუშაობენ. ამის პარალელურად მიმდინარეობს იმ გენთა იდენტიფიკაცია, რომლებიც ღეროვანი უჯრედების განსაკუთრებულ მახასიათებლებს განაპირობებს. დღეისთვის დადგენილია 600-მდე გენი. შედგენილია იმ მოლეკულური გზების სქემებიც, რომელთა მიხედვითაც მიმდინარეობს უჯრედთა დიფერენცირება. მონაცემთა ბაზა გამუდმებით ახლდება, ღეროვან უჯრედთა დიფერენცირებაში მონაწილე გენებისა და იმ გზების ცოდნა, რომელთა საშუალებითაც მიმდინარეობს დიფერენცირება, თერაპიული მიზნებისთვისაა საჭირო და დაგვეხმარება ახალი მედიკამენტების შექმნაში სხვადასხვა დაავადების სამკურნალოდ.