Razvoj jednoćelijskog zigota u višećelijski organizam nastaje kao rezultat procesa rasta i diferencijacije stanica. Rast je povećanje mase organizma koje je rezultat asimilacije neke supstance. Može biti povezano sa povećanjem i veličine i broja ćelija; u ovom slučaju, originalne ćelije izvlače potrebne supstance iz okoline i koriste ih za povećanje svoje mase ili za izgradnju novih ćelija sličnih sebi. Dakle, ljudski zigot ima otprilike 110 g, a novorođeno dijete u prosjeku teži 3200 g, tj. Tokom intrauterinog razvoja, masa se povećava milijarde puta. Od trenutka rođenja do dostizanja prosječne veličine za odraslu osobu, masa se povećava još 20 puta.[...]
Diferencijacija je kreativni proces usmjerene promjene, kao rezultat kojeg, iz zajedničkih osobina svojstvenih svim stanicama, proizlaze strukture i funkcije karakteristične za određene specijalizirane ćelije. Proces diferencijacije svodi se na sticanje (ili gubitak) strukturnih ili funkcionalne karakteristike, usled čega se ove ćelije specijalizuju za različite vrste aktivnosti karakterističnih za žive organizme, i formiraju odgovarajuće organe u telu. Kod ljudi se, na primjer, stanice koje rastu, kao rezultat uzastopnih promjena u procesu diferencijacije, transformišu u različite ćelije koje čine ljudsko tijelo - ćelije nervnog, mišićnog, probavnog, ekskretornog, kardiovaskularnog, respiratornog i drugih sistema. [...]
Utvrđeno je da diferencijacija nije rezultat gubitka ili dodavanja genetskih informacija. Diferencijacija nije rezultat promjene genetske potencije ćelije, već diferencijalna ekspresija ovih potencija pod uticajem sredine u kojoj se ćelija i njeno jezgro nalaze. Stanična diferencijacija je u suštini promjena u sastavu ćelijskih proteina - skupa enzima, a posljedica je činjenice da u različitim stanicama od ukupan broj geni funkcionišu sa različitim skupovima gena koji određuju sintezu različitih skupova proteina. Selektivno izražavanje informacija kodiranih u genima date ćelije postiže se aktiviranjem ili potiskivanjem procesa transkripcije (čitanja) ovih gena, tj. selektivnom sintezom primarnog genskog produkta - RNK, koji sadrži informacije koje treba prenijeti u citoplazmu.[...]
Kod višećelijskih organizama, za razliku od jednoćelijskih, rast i diferencijacija jedne ćelije je usklađena sa rastom i razvojem drugih ćelija, tj. informacije se razmjenjuju između različitih ćelija. Dakle, kod ovih organizama razvoj zavisi od integrisanog rasta i diferencijacije svih ćelija, a upravo ta integracija obezbeđuje harmoničan razvoj organizma kao celine.
U ontogenezi svaki organizam prolazi kroz uzastopne faze razvoja: germinalni (embrionalni), postembrionalni i period razvoja odraslog organizma. Svaki period ontogeneze zahteva određeni skup uslova za nastanak i završetak. Formiranje vidnih karakteristika organizma (genotipa) završava se početkom puberteta, a razvoj individualnih karakteristika (fenotipa) odvija se do kraja.[...]
Reprodukcija ćelije se nastavlja tokom života organizma brzinom koja odgovara njegovim unutrašnjim potrebama, kao i u zavisnosti od uslova unutrašnjeg i spoljašnjeg okruženja.[...]
Biljke karakteriše praktično nedeterministički rast, koji karakteriše kontinuirano obrazovanje nove ćelije na određenim područjima, zbog čega korijenje i izdanci rastu u dužinu, a zbog kambija se povećava debljina. Kod većine životinja rast je određen i nakon dostizanja proporcija svojstvenih odraslom organizmu, područja aktivne reprodukcije stanica osiguravaju samo zamjenu izgubljenih ili mrtvih stanica, bez povećanja ukupnog broja ćelija prisutnih u datom organizmu. U tijelu neke ćelije stare i umiru kao rezultat vitalne aktivnosti, dok se druge ponovno formiraju. Trajanje postojanja različitih ćelija nije isto: od nekoliko dana za ćelije epiderme (kože) do stotina godina za ćelije drveta.[...]
Tokom diferencijacije, uprkos očuvanju svih nasljednih informacija, ćelije gube sposobnost dijeljenja. Štoviše, što je stanica specijaliziranija, to je teže promijeniti (a ponekad i nemoguće) smjer svoje diferencijacije, što je određeno ograničenjima koja joj nameće organizam u cjelini.
Gastrulaciju i kasnije faze razvoja organizama prate procesi rasta i diferencijacije ćelija.
Visina- ovo je povećanje ukupne mase i veličine organizma tokom razvoja. Javlja se na nivou ćelije, tkiva, organa i organizma. Povećanje mase u cijelom organizmu odražava rast njegovih sastavnih struktura.
Rast se osigurava pomoću sljedećih mehanizama:
Povećanje broja ćelija;
Povećanje veličine ćelije;
Povećanje zapremine i mase nećelijske materije.
Postoje dvije vrste rasta: ograničen i neograničen. Neograničen rast se nastavlja kroz ontogenezu (tokom života pojedinca, prije i poslije rođenja), do smrti. Na primjer, ribe imaju ovaj rast. Mnoge kralježnjake karakteriše ograničen rast, tj. Brzo dostižu plato svoje biomase.
Postoji nekoliko vrsta rasta ćelija.
Auxentic - rast koji se javlja povećanjem veličine ćelije. Ovo je rijedak tip rasta uočen kod životinja sa konstantnim brojem ćelija, kao što su rotiferi, okrugli crvi, larve insekata. Rast pojedinačnih ćelija često je povezan sa nuklearnom poliploidizacijom.
Proliferativni - rast koji se javlja umnožavanjem ćelija. Poznato je u dva oblika: multiplikativnom i akrecionom.
Multiplikativni rast karakterizira činjenica da se obje stanice koje proizlaze iz diobe roditeljske ćelije počinju ponovo dijeliti. Multiplikativni rast je vrlo efikasan i stoga čista forma se gotovo nikada ne javlja ili završava vrlo brzo (na primjer, u embrionalnom periodu).
Akrecijski rast znači da se nakon svake sljedeće diobe samo jedna od ćelija ponovo dijeli, dok druga prestaje da se dijeli. Ova vrsta rasta povezana je s podjelom organa na kambijalne i diferencirane zone. Ćelije se kreću iz prve zone u drugu, održavajući konstantne omjere između veličina zona. Ovaj rast je tipičan za organe u kojima se obnavlja ćelijski sastav.
Prostorna organizacija rasta je složena i prirodna. Specifičnost vrste oblika je u velikoj mjeri povezana s njim. Ovo se manifestuje kao alometrijski rast. Njegovo biološko značenje je da tokom rasta organizam treba da održava ne geometrijsku, već fizičku sličnost, tj. ne prekoračiti određene omjere između tjelesne težine i veličine potpornih i motornih organa. Kako se rastom tijela masa povećava na treći stepen, a presjek kosti na drugi stepen, onda da se tijelo ne bi smrskalo vlastitom težinom, kosti moraju nesrazmjerno brzo rasti u debljini.
Postoji ograničenje ili Hayflickova granica - ograničenje broja dioba somatskih stanica, nazvano po svom otkrivaču Leonardu Hayflicku. Godine 1961. Hayflick je primijetio kako ljudske ćelije koje se dijele u ćelijskoj kulturi umiru nakon oko 50 dioba i pokazuju znakove starenja kako se približavaju ovoj granici. Ova granica je pronađena u kulturama svih potpuno diferenciranih ćelija ljudi i drugih višećelijskih organizama. Maksimalan broj podjela varira ovisno o vrsti ćelije i još više varira ovisno o organizmu. Za većinu ljudskih ćelija, Hayflickova granica je 52 podjele.
Hayflickova granica je povezana sa smanjenjem veličine telomera - sekcija DNK na krajevima hromozoma. Ako ćelija nema aktivnu telomerazu, kao što ima većina somatskih ćelija, veličina telomera se smanjuje sa svakom deobom ćelije jer DNK polimeraza nije u stanju da replicira krajeve DNK molekula. Kao rezultat ovog fenomena, telomere bi se trebale skraćivati vrlo sporo - nekoliko (3-6) nukleotida po ćelijskom ciklusu, odnosno za broj dioba koje odgovara Hayflickovoj granici, skratit će se za samo 150-300 nukleotida. Trenutno je predložena epigenetska teorija starenja, koja objašnjava eroziju telomera prvenstveno aktivnošću ćelijskih rekombinaza koje se aktiviraju kao odgovor na oštećenje DNK uzrokovano uglavnom derepresijom mobilnih elemenata genoma povezanom sa starenjem. Kada posle određenog broja deoba telomere potpuno nestanu, ćelija se zamrzava u određenoj fazi ćelijskog ciklusa ili pokreće program apoptoze – fenomen postepenog uništavanja ćelije otkriven u drugoj polovini 20. veka, koji se manifestuje u smanjenje veličine ćelije i minimiziranje količine supstance koja ulazi u međućelijski prostor nakon njenog uništenja.
Najvažnija karakteristika rast je njegov različitosti. To znači da brzina rasta nije ista, prvo, u različitim dijelovima tijela i, drugo, na različite faze razvoj. Jasno je da diferencijalni rast ima dubok uticaj na morfogenezu. Rast embrija u različitim fazama je praćen diferencijacijom ćelija. Diferencijacija je promjena u strukturi stanica povezana sa specijalizacijom njihovih funkcija i određena aktivnošću određenih gena. Diferencijacija ćelija dovodi do pojave i morfoloških i funkcionalnih razlika zbog njihove specijalizacije. Tokom procesa diferencijacije, manje specijalizovana ćelija postaje više specijalizovana. Diferencijacija mijenja funkciju ćelije, veličinu, oblik i metaboličku aktivnost.
Postoje 4 faze diferencijacije.
1. Ootipska diferencijacija u fazi zigote predstavljena je pretpostavljenim rudimentima - dijelovima oplođenog jajeta.
2. Diferencijacija blastomera u fazi blastule se sastoji u pojavi nejednakih blastomera (na primjer, blastomera krova, dna rubnih zona kod nekih životinja).
3. Rudimentarna diferencijacija u ranoj fazi gastrule. Pojavljuju se odvojene oblasti - klice.
4. Histogenetska diferencijacija u kasnoj fazi gastrule. Unutar jednog lista pojavljuju se rudimenti različitih tkiva (na primjer, u somitima mezoderma). Rudimenti organa i sistema formiraju se iz tkiva. U procesu gastrulacije i diferencijacije zametnih listova pojavljuje se aksijalni kompleks primordija organa.
Pojava novih struktura i promjena njihovog oblika tijekom individualnog razvoja organizama naziva se morfogeneza. Morfogeneza, poput rasta i diferencijacije ćelija, odnosi se na a ciklično procesa, tj. ne vraćajući se u svoje prethodno stanje i uglavnom nepovratno. Glavno svojstvo acikličkih procesa je njihova prostorno-vremenska organizacija. Morfogeneza na supracelularnom nivou počinje gastrulacijom. Kod hordata nakon gastrulacije dolazi do formiranja aksijalnih organa. U tom periodu, kao i tokom gastrulacije, morfološke promjene pokrivaju cijeli embrion. Naknadna organogeneza je lokalni proces. Unutar svake od njih dolazi do rasparčavanja na nove diskretne (individualne) rudimente. Dakle, individualni razvoj se odvija sekvencijalno u vremenu i prostoru, što dovodi do formiranja jedinke sa složenom strukturom i mnogo bogatijom informacijom od genetske informacije zigota.
Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije
Tehnološki institut u Sankt Peterburgu
Zavod za molekularnu biotehnologiju
Esej
Tema: Diferencijacija embrionalnih ćelija
Završio: Shilov S.D. gr.295 kurs 3
St. Petersburg
2003
Uvod……………………………………………………………………………………………..3
Utvrđivanje i diferencijacija…………………………………………….3
Fragmentacija jajne ćelije i formiranje blastule………………………………..4
Organizacioni centri razvoja embriona. Indukcija…………..6
Hemijski aspekt proučavanja i diferencijacije ćelija i tkiva…………...8
Teorija polja.. ……………………………………………………………………………………………….10
Zaključak…………………………………………………………………………………………………12
Spisak korištene literature………………………………………………………..13
Dodatak…………………………………………………………………………………………………..14
Uvod:
Tijelo bilo koje višećelijske životinje može se smatrati klonom stanica formiranih iz jedne ćelije - oplođenog jajeta. Stoga su tjelesne stanice, u pravilu, genetski identične, ali se razlikuju po fenotipu: neke postaju mišićne ćelije, druge postaju neuroni, druge postaju krvne stanice itd. Ćelije u telu različite vrste raspoređeni na strogo definisan uredan način i zahvaljujući tome telo ima karakterističan oblik. Sve karakteristike organizma određene su nizom nukleotida u genomskoj DNK, koji se reprodukuje u svakoj ćeliji. Sve ćelije dobijaju iste genetske „instrukcije“, ali ih tumače uzimajući u obzir vreme i okolnosti – tako da svaka ćelija obavlja svoju specifičnu specifičnu funkciju u višećelijskoj zajednici.
Višećelijski organizmi su često vrlo složeni, ali su izgrađeni korištenjem vrlo ograničenog skupa razne formećelijska aktivnost. Ćelije rastu i dijele se. Oni umiru, mehanički se kombinuju, stvaraju sile koje im omogućavaju da se kreću i mijenjaju oblik, razlikuju se, odnosno započinju ili zaustavljaju sintezu određenih supstanci kodiranih genomom, ispuštaju u okolinu ili formiraju tvari na svojoj površini koje utiču na aktivnost susednih ćelija. U ovom eseju pokušaću da objasnim kako sprovođenje različitih oblika ćelijske aktivnosti u pravo vreme i na pravom mestu dovodi do formiranja kompletnog organizma.
Određivanje i diferencijacija:
Najvažniji koncepti u eksperimentalnoj embriologiji su koncepti diferencijacije i determinacije, koji odražavaju osnovne fenomene kontinuiteta, slijeda procesa u razvoju organizma. U ontogenezi se kontinuirano odvijaju procesi diferencijacije, odnosno pojavljuju se nove i nove promjene između različitih dijelova embrija, između stanica i tkiva, i različitih organa. U poređenju sa početnom jajnom ćelijom u razvoju, organizam izgleda neobično složen. Diferencijacija je strukturna, biohemijska ili druga promjena u razvoju organizma, u kojoj se ono što je relativno homogeno pretvara u sve više različito, bilo da se radi o stanicama (citološka diferencijacija), tkivima (histološka diferencijacija) ili organa i organizma kao U celini, govorimo o morfološkim ili o fiziološkim promenama. Prilikom utvrđivanja uzročnog mehanizma određenih diferencijacija koristi se termin determinacija. Dio embriona naziva se određen od trenutka kada nosi u sebi specifični razlozi njegov dalji razvoj, kada se može razvijati kroz samodiferencijaciju u skladu sa svojim budućim razvojem. Prema B.I. Odlučnost Balinskyja treba nazvati stabilnošću započetih procesa diferencijacije, njihovom težnjom da se razvijaju u željenom smjeru, uprkos promjenjivim uvjetima, nepovratnošću prošlih promjena.
Tijelo životinje sastoji se od relativno malog broja tipova ćelija koje se lako razlikuju - oko 200. Razlike između njih su tako jasne jer, pored brojnih proteina potrebnih svakoj ćeliji u tijelu, različite vrste stanica sintetiziraju vlastite set specijalizovanih proteina. Kerotin nastaje u epidermalnim stanicama, hemoglobin se formira u eritrocitima, probavni enzimi nastaju u stanicama crijeva itd. Može se postaviti pitanje: nije li to jednostavno zbog činjenice da ćelije imaju različite skupove gena? Ćelije sočiva mogu, na primjer, izgubiti gene za keratin, hemoglobin, itd., ali zadržati gene za kristaline; ili bi mogli selektivno povećati broj kopija kristalnih gena kroz amplifikaciju. Međutim, to nije tačno; brojne studije pokazuju da ćelije skoro svih tipova sadrže isti kompletan genom koji je bio u oplođenom jajetu. Čini se da su ćelije različite ne zato što sadrže različite gene, već zato što izražavaju različite gene. Aktivnost gena je podložna regulaciji: mogu se uključiti i isključiti.
Najuvjerljiviji dokaz da, unatoč vidljivim promjenama u stanicama tokom njihove diferencijacije, sam genom u njima ostaje nepromijenjen, dobiveni su u eksperimentima transplantacije jezgara u jajašca vodozemaca. Jezgro jajeta se prvo uništava zračenjem ultraljubičastim svjetlom, a jezgro diferencirane ćelije, na primjer, iz crijeva, transplantira se u oplođeno jaje pomoću mikropipete. Na ovaj način moguće je provjeriti da li jezgro diferencirane ćelije sadrži kompletan genom, ekvivalentan genomu oplođenog jajeta i sposoban da osigura normalan razvoj embrija. Odgovor je bio pozitivan; u ovim eksperimentima bilo je moguće uzgojiti normalnu žabu sposobnu da proizvede potomstvo.
Fragmentacija jajne ćelije i formiranje blastule:
Životinje su evoluirale na mnogo načina. Veze između organizama u razvoju i njihove okoline su veoma raznolike i specifične. Uprkos tome i uprkos velikim karakteristikama u morfologiji i fiziologiji cijepanja kod različitih životinjskih vrsta, cijepanje jajeta kod većine organizama se postiže sličnim periodom razvoja, koji se naziva blastula (od grčkog blast, blastos - klica, rudiment ). Ovo je jedan od mnogih pokazatelja zajedničkog porijekla životinjskog svijeta i jedan od primjera paralelizma u evolucijskom razvoju struktura. Ali to ne znači da su embrioni svih životinja izgrađeni na potpuno isti način u fazi blastule; naprotiv, zajedno sa glavnim opšte karakteristike Postoje i značajne razlike u blastuli različitih životinja. Ovisno o mnogim razlozima, zgnječeno jaje općenito zadržava svoj izvorni sferni oblik, a blastomeri mogu vršiti veliki pritisak jedni na druge, dobiti višestruki oblik i ne ostavljaju praznine između sebe; u ovom slučaju nastaje morula - skup ćelija koje se dijele, koje podsjećaju na kupinu sa većom ili manjom šupljinom unutar, ispunjene otpadnim produktima ćelija. (Sl. 1) Ova šupljina se naziva šupljina drobljenja ili u čast naučnika Baera koji ju je prvi opisao - Baerova šupljina. Kako se ćelije dijele, šupljina se postupno povećava i postaje šupljina blastule, nazvana blastokoelijum. Ćelije koje graniče sa blastokoelijem formiraju epitelni sloj.
Fig.1
Nakon što ćelije blastule formiraju epitelni sloj, vrijeme je za koordinirane pokrete – gastrulaciju. Ovo radikalno restrukturiranje dovodi do transformacije kugle šuplje ćelije u višeslojnu strukturu sa centralnom osom i bilateralnom simetrijom. Kako se životinja razvija, potrebno je odrediti prednji i stražnji kraj tijela, trbušnu i dorzalnu stranu, te središnju ravan simetrije koja dijeli tijelo na desnu i lijevu polovinu. Ovaj polaritet je veoma rana faza razvoj embriona. Kao rezultat složenog procesa invaginacije (invaginacije) (slika 1), značajan dio epitela se pomiče iz vanjska površina unutar embrija, formirajući primarno crijevo. Naknadni razvoj će biti određen interakcijama unutrašnjeg, vanjskog i srednjeg sloja nastalih tokom gastrulacije. Nakon procesa gastrulacije, počinje proces organogeneze - to je lokalna promjena u određenim područjima jednog ili drugog zametnog sloja i formiranje rudimenta. Istovremeno, ponekad je nemoguće identificirati bilo koji dominantni tip ćelijskog materijala od kojeg bi ovisio mehanizam razvoja organa.
Organizacioni centri razvoja embriona. Indukcija.
U svojim mučenjima, Spemann je odsjekao cijelu gornju polovinu (životinjska hemisfera) embriona mladunčadi u ranoj fazi gastrule, okrenuo ga za 180° i ponovo spojio. Kao rezultat toga, formirana je neuralna ploča na istom mjestu gdje je i trebala biti, ali ne od normalnog ćelijskog materijala, već od ektodermalnog sloja. Spemann je zaključio da se u ovom području širi neki utjecaj koji je uzrokovao da se stanice ektodermalnog sloja razvijaju na putu razvoja neuralne ploče, odnosno izazivaju njeno formiranje. On je ovo područje nazvao organizacionim centrom, a sam materijal iz kojeg dolazi uticaj – organizatorom ili induktorom. Nakon toga, Spemann je transplantirao takozvane induktore u različita područja drugih embrija u fazi blastule ili rane gastrule. Bez obzira na lokaciju, u embriju je indukovana sekundarna neuralna ploča sa svim atributima, ali ne iz transplantata, već iz ćelija domaćina, dok se sam graft u većini slučajeva kretao putem svog normalnog razvoja. Da bi analizirao ove pojave, 1938. Goldfeather je uzgajao male komadiće izrezane iz gastrule tritona u standardnim medijima. Pokazalo se da se komadići izrezani iz različitih područja embrija, odnosno određeni u različitom stupnju, ovisno o tome, ili raspadaju na različite pojedinačne stanice (manje određene), ili mogu formirati različite strukture tkiva (više lokalno određene). Ove strukture, na jeziku Špemanove škole, razvile su se u odsustvu organizatora.
Potpuno uvjerljiv zaključak iz ovih činjenica donijeli su 1955. J. Goltfreter i W. Hamburger: svi dijelovi rubne zone proizvode, pod uslovima eksplantacije, veći broj tkiva nego što bi proizveli da su u embrionalnom sistemu. Kasnije su ovi naučnici, analizirajući eksperimentalne podatke, došli do veoma važnog zaključka da bi bilo pogrešno smatrati polja i organizatore vrhovnom moći u određivanju sudbine drugih manje specifično određenih delova embriona. Dragocjeni rezultati brojnih eksperimenata i studija Spemannove škole i njegovih sljedbenika iz drugih laboratorija, koji su embriologiji dali briljantne dokaze o međuzavisnosti dijelova embrija, njegovoj integraciji u bilo kojoj fazi razvoja, počeli su se sve više tumačiti jedno- sa strane, kao djelovanje organizatora na navodno diferenciran ćelijski materijal. To je bio period u razvoju embriologije, kada se činilo da je pronađeno glavno objašnjenje za procese morfogeneze, a kritički komentari pojedinih naučnika protiv jednostranih hobija smatrani su nečim što koči razvoj nauke. Teorija stvorena u to vrijeme organizacioni centri, nesumnjivo, sadržavao jednostrane, pa čak i fanatične stavove, koji su poraženi pred novim, ništa manje fascinantnim činjenicama koje je naknadno otkrila sama Spemannova škola.
Istraživači su se suočili sa pitanjem: koliko je specifično djelovanje organizatora i induktora? Prilikom presađivanja organizatora iz vodozemca bez repa (trbušaste žabe)
Indukcija medularne ploče otkrivena je u embrionu repanog vodozemca (moderca). U slučaju transplantacije sa ptičjeg embriona na embrion trigona, organizator ima i indukciono dejstvo. Sličan fenomen se događa kada se organizator tritona presađuje u embrion zeca. Pojavila su se i druga pitanja. Da li su organizatori isti u prirodi kod različitih životinja? Da li indukciona svojstva organizatora zavise od ćelija, njegovih komponenti, specifične diferencijacije, vrste veza između ćelija - jednom rečju, od biološkog sistema organizatora, ili je reč o nekom drugom mehanizmu? Godine 1931. otkriveno je da je organizator sposoban da izazove, čak i nakon potpunog uništenja svoje strukture, čak i potpuno uništenje svojih ćelija. Pomiješali su zgnječene komadiće embrija, od njih napravili grudice i presađivali ih u šupljinu blastule drugog embrija. Održala se indukcija. Godine 1932. pojavio se izvještaj o takozvanim mrtvim organizatorima. Grupa naučnika proučavala je dejstvo ubijenih organizatora, za šta su ćelije sušene na 120 stepeni, kuvane, zamrznute, stavljene u alkohol 6 meseci, hlorovodonične kiseline itd. Ispostavilo se da nakon ovakvih manipulacija organizator nije izgubio svoje indukcione sposobnosti. Većina embriologa je videla ovo otkriće nova era u embriologiji, poznavanje hemijskog mehanizma organizatora, pronalaženje supstanci koje tvore oblik i organe. Neke laboratorije su pokušale dokazati da se djelovanje mrtvih organizatora razlikuje od djelovanja živih. Ali ubrzo je, na iznenađenje istraživača, otkrivena nespecifičnost organizatora. Ubijeni komadi hidre, komadići jetre, bubrega, jezika, razna tkiva ljudskog leša, komadići mišića mekušaca, zgnječeni dafnije, komadići ribljih crijeva, ćelije sarkoma štakora, piletina i ljudska tkiva su se pokazali kao induktori. Počela je jednostrana fascinacija hemijom induktora: počeli su da pokušavaju da razotkriju formulu supstance koja izaziva specifičan proces formiranja oblika, i tokom nekoliko godina nakupilo se bogatstvo materijala. Stvar je došla do apsurda: komadići agara, navodno impregnirani takvom tvari, masna kiselina biljna ulja, cefalin, naftalin, koji je otrovan za životinje, otkriveno je da čak i biljne ćelije presađene u embrion daju induktorski efekat! Sada je jasno da su svi ovi pokušaji da se pronađe specifična oblikotvorna supstanca bili samo hir i nisu postigli svoj cilj.
Vratimo se ponovo na teoriju organizatora. U uobičajenoj šemi o induktivnim uticajima organizatora na ćelijski materijal, koji reaguje, indukuje se, podrazumeva se kao nešto indiferentno, odnosno samo čeka da bude gurnuto ka determinaciji. Međutim, nije. Ćelijski materijal na koji organizator djeluje nije ravnodušan. M.N. Ragozina je pokazao da zarastanje aksijalnog mezoderma nije samo induktor neuralne cijevi, već za njegovu diferencijaciju potreban je i formativni utjecaj iz anlage nervnog sistema. U ovom slučaju se ne odvija jednostrana indukcija, već interakcija dijelova embrija u razvoju. Isti induktor može izazvati različite formacije, na primjer, ušni mjehur, kada se presađuje na stranu embrija vodozemca, može izazvati dodatni ud, kada se presađuje na drugo mjesto iu drugom stupnju razvoja; inducirati ušnu kapsulu. Može djelovati i kao induktor akcesornog nukleusa sočiva u slučaju kontakta sa rudimentom sočiva itd.
Bolje je sumirati rečeno citatom iz Wadingtonovog rada, koji je, zajedno sa nizom drugih naučnika, tako energično pokušavao da otkrije hemiju organizatora: „Činilo se da smo na pragu od isključivo važno otkriće– sposobnost dobijanja supstance koja utiče na razvoj. Poteškoća nije bila u tome što nismo mogli pronaći supstancu koja djeluje kao organizator da izazove diferencijaciju stanica, već u tome što smo pronašli previše takvih supstanci. Na kraju su J. Needham, M. Brachet i autor ovog članka uvjerljivo pokazali da čak i metilensko plavo - supstanca koju ni najvatrenija osoba ne bi tražila u embrionu - može izazvati stvaranje nervnog tkiva. Pokazalo se da je beskorisno tražiti supstancu koja reaguje u jednoj ćeliji koja bi mogla dati ključ za razumijevanje diferencijacije. Razlog za diferencijaciju treba tražiti u tkivu u kojem se javlja."
Hemijski aspekt proučavanja i diferencijacije ćelija i tkiva:
U 50-im i 60-im godinama, zbog sve većeg međusobnog uticaja biologije, fizike i hemije i upotrebe novih tehnika, ponovo je poraslo interesovanje za hemiju induktora, iako se sadržaj ovog koncepta drastično promenio. Prvo, smatra se neutemeljenim tražiti bilo koju supstancu koja stvara forme koja uzrokuje infekciju. Drugo, sve manje istraživača upoređuje fenomen indukcije uočenog tokom normalnog razvoja embriona sa fenomenom mrtvih organizatora. Treće, umjesto Spemannove hipoteze o induktivnim utjecajima organizatora na „indiferentni“ ćelijski materijal, uspostavljena je ideja o međuzavisnosti dijelova u razvoju embrija.
Godine 1938. S. Toivonen, testirajući stotine različitih životinjskih tkiva na sposobnost induciranja aksijalnih primordija kod vodozemaca, otkrio je da neki induktori imaju kvalitativni učinak. različite akcije, naime: tkivo jetre zamorca inducira gotovo isključivo prednji mozak i njegove derivate, koštanu srž – trup i repne strukture. Godine 1950. F. Lehmann je predložio hipotezu koju su prihvatili Toivonen, Yamatada i drugi istraživači. Prema ovoj hipotezi, primarnu indukciju mogu izazvati samo dva agensa, formirajući dva preklapanja gradijenta. Jedna supstanca inducira isključivo anteriorno-cefalične (arhencefalne) strukture, a druga tvar inducira trupno-kaudalne (deuterencefalne) strukture. Ako ima puno drugog agensa, a malo prvog, tada se inducira prednji mozak; ako ima puno prvog, a malo drugog, tada se pojavljuje dio trupa i repa. Sve se to odvija, prema hipotezi, u normalnom razvoju vodozemaca; mora se zamisliti prisustvo određenih inducirajućih supstanci u odgovarajućim kvantitativnim kombinacijama u različitim dijelovima embrija. Toivonen
Proveden je niz eksperimenata sa odvojenim i simultanim djelovanjem tkiva jetre i koštane srži i podaci potvrđuju ovu teoriju. Djelovanjem jetrenog tkiva nastao je prednji mozak i njegovi derivati, djelovanjem koštane srži stablo-kaudalna tkiva, a uz istodobno djelovanje jetre i koštane srži strukture svih nivoa tijela formirane su normalne larve.
Toivonen pretpostavlja da svaki od dva induktora formira svoje aktivno polje sa njihovim istovremenim djelovanjem, pojavljuje se kombinovano polje (slika 2);
Do 70-ih godina, hemija “indukatora” se ispostavilo da je nejasna kao u periodu jednostranog hemijskog entuzijazma embriologa 30-ih godina. Uprkos velikom napretku u hemijskoj embriologiji, sva glavna pitanja o „organizacijskim centrima“ ostaju ista kao 40-ih godina. Toivonenova hipoteza, nažalost, ne pruža ništa suštinski novo u poređenju sa starim jednostranim hemijskim shemama suštine induktora i organizatora samo umesto jedne supstance misle na dve ili više; Treba uzeti u obzir sljedeće očigledne nedostatke Toivonenove hipoteze, na koje djelomično ukazuje i sam autor. Prvo, ova hipoteza govori samo o induktorima i uopšte se ne tiče glavnog pitanja - reagujućih sistema. Drugo, daje se njegovo eksperimentalno opravdanje na osnovu djelovanja nekih supstanci u životinjskim tkivima, te se pokušava objasniti fenomen normalnog razvoja embrija vodozemaca. Potrebno je dokazati da su izolirane tvari zapravo prisutne u normalnoj gastruli embrija. Ako postoje, koja je njihova lokacija? Međutim, nema razloga zanemariti zanimljive podatke Toivonena i drugih istraživača. Ovi podaci odražavaju dugogodišnje eksperimente na životinjskim i vegetativnim tendencijama u morski ježevi. (sl. 3)
U eksperimentima hirurška intervencija u fazama od 16 do 64 blastomera uklonjeni su različiti dijelovi embrija - životinjski i vegetativni. Normalan razvoj se dogodio ako životinjski i vegetativni gradijenti nisu dominirali jedni nad drugima. U suštini, ovi eksperimenti su bliski Tovonenovim stavovima.
teorija polja:
Različiti istraživači stavljaju različite sadržaje u koncept polja. Neki su o polju razmišljali kao o području unutar kojeg određeni faktori djeluju na isti način. Unutar polja, prema njihovim zamislima, postoji stanje ravnoteže. Polje je jedan sistem, a ne mozaik, gdje bi se neki dijelovi mogli ukloniti ili zamijeniti bez promjene sistema. Unutar sistema polja mogu postojati različite koncentracije hemikalija i mogu postojati metabolički gradijenti.
Teorija polja Kolcova. N.K. Kolcovljeva ideja o integritetu organizma i njegova teorija polja pokušaj je razmatranja podataka eksperimentalne embriologije i genetike u fizičkom i kemijskom aspektu.
Oocita i jaje su organizovani sistemi, jasno definisanog polariteta, sa određenim rasporedom ćelijskih struktura. Već u oocitima postoje različite tvari i strukture koje daju jedinstvenu reakciju na kisele i bazične boje, ovisno o njihovom pH. To znači da različiti dijelovi ćelije mogu imati različite pozitivne ili negativne naboje. U cijeloj ćeliji njena površina je u pravilu negativno nabijena, a površina jezgra i hromozoma pozitivno. Kada oocit sazrije, stvara se električno polje sile u skladu s njegovom strukturom, "fiksirajući" ovu strukturu. Pod uticajem polja sile u ćeliji bi se trebale pojaviti određene kataforetske tačke za kretanje materija, što se objašnjava razlikom potencijala. Kada se jajnu ćeliju aktivira spermatozoid, dolazi do promjene u disanju, ponekad do oštre promjene pH vrijednosti, promjene propusnosti membrane i kretanja tvari. Prema Koltsovu, ove pojave su očigledno uzrokovane naponima polja sile punjenja i razlikama potencijala. Dakle, embrion koji počinje da se razvija je polje sile. Tokom razvoja, različite tačke polja sila karakterišu potencijalne razlike. Ne radi se samo o tome električni potencijali, ali i o hemijskim, temperaturnim, gravitacionim, difuznim, kapilarnim, mehaničkim itd.
Čak i takav faktor kao što je smanjenje ili povećanje propusnosti staničnih membrana neizbježno uzrokuje promjenu strujanja tekućih tvari. Zbog činjenice da postoje određene veze između blastomera, može se zamisliti da promjene strujanja tekućih tvari mogu utjecati i na prostorni raspored blastomera. Potencijali različite prirode i njihove promjene ne samo da prate razvoj embrija, ne samo da odražavaju stanje njegove integracije, već igraju važnu ulogu u razvoju, određujući ponašanje pojedinih blastomera i cjelokupnog embrija. Tokom razvoja, polje sile embriona se mijenja: postaje složenije, diferencirano, ali ostaje jedinstveno. Kolcov govori o centrima sa velikom razlikom potencijala, o centrima drugog i trećeg stepena. On govori o gradijentima sa opadanjem napona od jednog potencijala do drugog. Gradijent koji određuje cijelo polje sile širi se iz svakog centra. S obzirom na stanje biofizike 1930-ih, Koltsov nije mogao stvoriti konkretnije fizičke ideje o spolu embrija. Vjerovao je da polje sile nije magnetsko, ali da se može porediti s njim. Blastomeri koji nastaju prilikom drobljenja i nisu identične strukture završavaju različitim dijelovima jedinstvenog polja embriona i, prema novom položaju, menjaju svoje biohemijske karakteristike i strukturu. Dakle, ponašanje svakog dela embrija zavisi od njegove preliminarne strukture, od uticaja opšteg polja sila i uticaja obližnjih oblasti ovog polja.
Koltsov također uvodi pojam „polja sile vanjskog okruženja” (gravitacijskog, svjetlosnog i kemijskog), pridajući mu važan značaj, budući da ono utječe na polje sila unutar embrija, na primjer, određujući smjer rasta kod sjedećih životinja.
Nažalost, pitanja fizike embrionalnog razvoja potpuno su nedovoljno razrađena. Dostupne činjenice ne protivreče Kolcovljevim razmišljanjima o poljima.
Drugi istraživači su također iznijeli razmišljanja bliska Kolcovljevim stavovima. B. Weisberg je 1968. predložio jedinstvenu, fizičku interpretaciju različitih morfogenetskih procesa, stvarajući ideju o oscilatornim poljima. Proučavao je fluktuacije električnih potencijala kod miksomiceta, sličnosti nekih organske forme, na primjer, kolonije šampinjona sa rasporedom malih čestica u akustičnom polju. Weisberg smatra da oscilatorna polja dovode do toga da ćelijske komplekse treba podijeliti na teritorije, unutar kojih se oscilacije sinhroniziraju po fazama, a između teritorija se stvara fazna razlika. Nastalo prostorno razdvajanje može dovesti do morfogenetskih pokreta: invaginacije ćelija tokom gastrulacije, položaja polukružnih kanala unutrašnjeg uha, formiranja pektalnih ploča u ctenoforima itd.
Analiza svih teorija ne dozvoljava nam da bilo koju od njih prepoznamo kao teoriju individualnog razvoja koja može zadovoljiti embriologa. Bez obzira na metodologiju istraživanja, mora se uzeti u obzir očigledna činjenica da svaka predstava o embriju kao mozaiku dijelova, kao zbiru blastomera itd. Neodrživo je da je organizam u bilo kojoj fazi razvoja na neki način integrisan i predstavlja integralni sistem.
Spisak korišćene literature:
B.P.Tokin “Opća embriologija”
Izdavačka kuća "Viša škola" Moskva 1970
B. Albers, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J. Watson “Molekularna biologija ćelije” tom 4
Izdavačka kuća "Mir" Moskva 1987
DIFERENCIJACIJA DIFERENCIJACIJA
nastanak razlika između homogenih ćelija i tkiva, njihove promene u toku razvoja pojedinca, što dovodi do formiranja specijalizovanih ćelija. ćelije, organi i tkiva. D. leži u osnovi morfogeneze i javlja se uglavnom. u procesu embrionalnog razvoja, kao iu postembrionalnom razvoju iu pojedinim organima odraslog organizma npr. u hematopoetskim organima, totipotentne hematopoetske matične ćelije se diferenciraju u različite tipove. krvne ćelije, a u gonadama se primarne zametne ćelije formiraju u gamete. D. se izražava u promjenama u strukturi i funkciji. svojstva (nervne ćelije stiču sposobnost prenosa nervnih impulsa, žlezne ćelije - da luče odgovarajuće supstance itd.). Ch. D. faktori - razlike u citoplazmi ranih embrionalnih ćelija, zbog heterogenosti citoplazme jajeta, i specifične. uticaj susednih ćelija - indukcija. Na tok D. utiču hormoni. Mn. faktori koji određuju D. još nisu poznati. Pod uticajem k.-l. faktor D. određivanje se prvo dešava kada je eksterno. znaci D. se još nisu pojavili, ali može doći do daljeg razvoja tkiva bez obzira na faktor koji uzrokuje D. Obično je D. ireverzibilan. Međutim, u uslovima oštećenja tkiva sposobnog za regeneraciju, kao iu slučajevima maligniteta. Tokom degeneracije ćelije dolazi do djelomične dediferencijacije. U ovom slučaju mogući su slučajevi sticanja dediferencijacije. ćelije sposobne za D. u drugom pravcu (metaplazija). Molekularna genetika. osnova D. je aktivnost gena specifičnih za svako tkivo. Iako je sve somatsko. Ćelije u tijelu imaju isti skup gena u svakom tkivu, samo je dio gena koji je odgovoran za datu D., dakle, sveden na selekciju. aktivacija (uključivanje) ovih gena. Definisana aktivnost. gena dovodi do sinteze odgovarajućih proteini koji određuju D. Smatra se da odlučujuću ulogu u određivanju oblika ćelija, njihove sposobnosti međusobnog povezivanja (vidi ADHEZIJA) i njihovog kretanja tokom D. imaju citoskelet i glikoproteinski kompleks ćelijske membrane. - glikokaliks.
.(Izvor: “Biološki enciklopedijski rečnik.” Glavni urednik M. S. Giljarov; Uredništvo: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin i drugi - 2. izd., ispravljeno. - M.: Sov. enciklopedija, 1986.)
diferencijacijuProces razlika između prvobitno homogenih ćelija, tokom kojeg se formiraju specijalizovane ćelije, tkiva i organi koji su sposobni da obavljaju određene funkcije u telu. Dakle, diferencijacija leži u osnovi individualnog razvoja višećelijskih organizama od oplodnje jajeta do formiranja odrasla osoba. Kod životinja se diferencijacija javlja intenzivno kada embrionalni razvoj, kao i u postembrionalnom periodu, dok tijelo raste i razvija se. Stanična diferencijacija se javlja i u odraslom organizmu, kada se npr. u hematopoetskim organima matične ćelije diferenciraju se u stalno obnavljana krvna zrnca, a u genitalnim organima primordijalne zametne stanice gamete. Za razliku od životinja, biljke rastu cijeli život, pa se stoga formiranje novih organa i tkiva nastavlja sve dok postoje. Ovi procesi su osigurani obrazovna tkiva, ili meristemi. Meristemi se sastoje od nespecijalizovanih, spolja identičnih ćelija, koje se tokom ponovljenih deoba diferenciraju i stvaraju različita tkiva i organe biljke.
Procesi ćelijske diferencijacije su određeni programima sadržanim u genima. Budući da sve somatske ćelije embrija u razvoju sadrže iste genetske informacije, nastanak iz genetski sličnih ćelija tako različito specijalizovanih ćelija kao što su, na primer, ćelije mozga, mišića, kože kod životinja ili ćelije lišća i korena u biljkama, može samo objasniti radom sadrže različite gene ili tzv. diferencijalna ekspresija (aktivnost) gena. Složeni molekularni i ćelijski mehanizmi koji reguliraju uključivanje i isključivanje različitih gena i usmjeravaju stanice duž različitih puteva diferencijacije nisu dobro shvaćeni.
Ranije se vjerovalo da je diferencijacija somatskih stanica, posebno stanica viših životinja, nepovratna. Međutim, uspjeh metoda kao npr kultura ćelija i tkiva I kloniranje, pokazao je da je u nekim slučajevima diferencijacija reverzibilna: pod određenim uvjetima, punopravni organizam može se uzgajati iz specijalizirane ćelije.
.(Izvor: “Biologija. Moderna ilustrovana enciklopedija.” Glavni urednik A. P. Gorkin; M.: Rosman, 2006.)
Sinonimi:
Pogledajte šta je "DIFERENCIJACIJA" u drugim rječnicima:
diferencijaciju- i, f. différencier, njemački. differenzieren. zastarjelo Akcija po vrijednosti Ch. razlikovati. Poboljšanja u našoj civilizaciji sve više teže ka razvoju samo nekih naših sposobnosti, ka jednostranom razvoju, ka ... ... Istorijski rečnik galicizama ruskog jezika
diferencijaciju- 1. Proces usljed kojeg pojedinac prestaje reagirati na te opcije stimulansa nakon čega se ne pojavljuju neuslovljeni ili pojačavajući agensi, te reproducira reakcije ponašanja samo na one stimuluse koji se nastavljaju... ... Odlična psihološka enciklopedija
Transformacija u procesu individualnog razvoja organizma (ontogeneza) prvobitno identičnih, nespecijalizovanih ćelija embrija u specijalizovane ćelije tkiva i organa... Veliki enciklopedijski rječnik
Proces pretvaranja matičnih stanica u stanice koje stvaraju jednu liniju krvnih stanica. Ovaj proces dovodi do stvaranja crvenih krvnih zrnaca (eritrocita), trombocita, neutrofila, monocita, eozinofila, bazofila i limfocita... Medicinski termini
Ćelije su proces implementacije genetski određenog programa za formiranje specijalizovanog ćelijskog fenotipa, koji odražava njihovu sposobnost da obavljaju određene funkcije profila. Drugim riječima, fenotip ćelije je rezultat koordinisane... ... Wikipedije
Imenica, broj sinonima: 2 diferencijacija (11) diferencijacija (6) ASIS rečnik sinonima. V.N. Trishin. 2013… Rečnik sinonima
diferencijaciju- Specijalizacija prethodno homogenih ćelija i tkiva tela Teme biotehnologije EN diferencijacija... Vodič za tehnički prevodilac
diferencijaciju- EMBRIOLOŠKA DIFERENCIJACIJA ŽIVOTINJA je proces formiranja specifičnih svojstava u ćelijama tokom individualnog razvoja i pojave razlika između homogenih ćelija i tkiva, što dovodi do formiranja specijalizovanih ćelija, tkiva i... ... Opća embriologija: Terminološki rječnik
Tokom procesa individualnog razvoja organizma (ontogeneza), transformacija prvobitno identičnih, nespecijalizovanih ćelija embrija u specijalizovane ćelije tkiva i organa. * * * DIFERENCIJACIJA DIFERENCIJACIJA, transformacija u procesu ... ... enciklopedijski rječnik
Diferencijacija Osnovna morfogeneza
Diferencijacija ćelija i patologija
1. Diferencijacija ćelija. Faktori i regulacija diferencijacije. Matična ćelija i diferon
Ovo pitanje je jedno od najsloženijih i istovremeno zanimljivo i za citologiju i za biologiju. Diferencijacija je proces nastanka i razvoja strukturnih i funkcionalnih razlika između prvobitno homogenih embrionalnih ćelija, usled čega nastaju specijalizovane ćelije, tkiva i organi višećelijskog organizma. Diferencijacija ćelija je kritična komponenta procesa formiranja višećelijskog organizma. U opštem slučaju, diferencijacija je nepovratna, tj. visoko diferencirane ćelije ne mogu se transformisati u drugu vrstu ćelija. Ovaj fenomen se naziva terminalna diferencijacija i karakterističan je prvenstveno za životinjske ćelije. Za razliku od životinjskih stanica, većina biljnih stanica, čak i nakon diferencijacije, sposobna je krenuti u diobu, pa čak i krenuti na novi put razvoja. Ovaj proces se naziva dediferencijacija. Na primjer, kada se stabljika odsiječe, neke ćelije u području reza počinju da se dijele i zatvaraju ranu, dok druge mogu čak proći dediferencijaciju. Na taj način se kortikalne stanice mogu transformirati u ćelije ksilema i obnoviti vaskularni kontinuitet u području oštećenja. U eksperimentalnim uslovima, kada se biljno tkivo uzgaja u odgovarajućem hranljivom mediju, ćelije formiraju kalus. Kalus je masa relativno nediferenciranih ćelija izvedena iz diferenciranih biljnih ćelija. Pod odgovarajućim uslovima, nove biljke se mogu uzgajati iz pojedinačnih ćelija kalusa. Tokom diferencijacije nema gubitka ili preuređivanja DNK. O tome uvjerljivo svjedoče rezultati eksperimenata transplantacije jezgara iz diferenciranih stanica u nediferencirane. Tako je jezgro iz diferencirane ćelije uvedeno u enukleirano žablje jaje. Kao rezultat, iz takve ćelije se razvio normalan punoglavac. Diferencijacija se uglavnom javlja tokom embrionalnog perioda, kao iu prvim fazama postembrionalnog razvoja. Osim toga, diferencijacija se odvija u nekim organima odraslog organizma. Na primjer, u hematopoetskim organima matične stanice se diferenciraju u različite krvne stanice, a u gonadama se primordijalne zametne stanice diferenciraju u gamete.
Faktori i regulacija diferencijacije. U prvim fazama ontogeneze, razvoj organizma odvija se pod kontrolom RNK i drugih komponenti koje se nalaze u citoplazmi jajeta. Tada faktori diferencijacije počinju da utiču na razvoj.
Postoje dva glavna faktora diferencijacije:
1.Razlike u citoplazmi ranih embrionalnih ćelija zbog heterogenosti citoplazme jajeta. 2.Specifični uticaji susednih ćelija (indukcija). Uloga faktora diferencijacije je da selektivno aktiviraju ili inaktiviraju određene gene u različitim stanicama. Aktivnost određenih gena dovodi do sinteze odgovarajućih proteina koji usmjeravaju diferencijaciju. Sintetizirani proteini mogu blokirati ili, naprotiv, aktivirati transkripciju. U početku, aktivacija ili inaktivacija različitih gena ovisi o interakciji totipotentnih ćelijskih jezgara s njihovom specifičnom citoplazmom. Pojava lokalnih razlika u svojstvima citoplazme ćelija naziva se ooplazmatska segregacija. Razlog za ovu pojavu je što tokom procesa fragmentacije jajeta, dijelovi citoplazme koji se razlikuju po svojim svojstvima završavaju u različitim blastomerima. Uz intracelularnu regulaciju diferencijacije, od određenog trenutka se uključuje i supracelularni nivo regulacije. Supracelularni nivo regulacije uključuje embrionalnu indukciju. Embrionalna indukcija je interakcija između delova organizma u razvoju, tokom koje jedan deo (induktor) dolazi u kontakt sa drugim delom (sistem koji reaguje) i određuje razvoj potonjeg. Štaviše, utvrđen je ne samo uticaj induktora na reagujući sistem, već i uticaj potonjeg na dalju diferencijaciju induktora. Pod uticajem nekog faktora prvo dolazi do determinacije. Determinacija ili latentna diferencijacija je pojava kada se vanjski znaci diferencijacije još nisu pojavili, ali se već odvija daljnji razvoj tkiva bez obzira na faktor koji ih je izazvao. Ćelijski materijal se smatra određenim od faze u kojoj se prvi put, kada se presađuje na novo mjesto, razvija u organ koji se od njega normalno formira. Matična ćelija i diferon. Na broj obećavajućim pravcima Biologija 21. veka uključuje proučavanje matičnih ćelija. Danas su istraživanja matičnih ćelija po važnosti uporediva sa istraživanjima o kloniranju organizama. Prema naučnicima, upotreba matičnih ćelija u medicini omogućiće lečenje mnogih "problematičnih" bolesti čovečanstva (neplodnost, brojni oblici raka, dijabetes, multipla skleroza, Parkinsonova bolest, itd.). Matična ćelija nije zrela ćelija, sposobne za samoobnavljanje i razvoj u specijalizovane ćelije tela. Matične ćelije se dele na embrionalne matične ćelije (izolovane su iz embriona u fazi blastociste) i regionalne matične ćelije (izolovane su iz organa odraslih ili iz organa kasnijih embrija). U tijelu odrasle osobe, matične ćelije se nalaze uglavnom u koštanoj srži i, u vrlo malim količinama, u svim organima i tkivima. Svojstva matičnih ćelija. Matične ćelije su samoodržive, tj. Nakon što se matična stanica podijeli, jedna stanica ostaje u matičnoj liniji, a druga se diferencira u specijaliziranu ćeliju. Ova podjela se naziva asimetrična. Funkcije matičnih ćelija. Funkcija embrionalnih matičnih stanica je prijenos nasljednih informacija i formiranje novih stanica. Glavni zadatak regionalnih matičnih ćelija je obnavljanje gubitka specijalizovanih ćelija nakon prirodne starosti ili fiziološke smrti, kao iu hitnim situacijama. Differenton je sekvencijalni niz ćelija formiranih od zajedničkog prekursora. Uključuje matične, polumatične i zrele ćelije. Na primjer, matična stanica, neuroblast, neuron ili matična stanica, hondroblast, hondrocit, itd. Neuroblast je slabo diferencirana ćelija neuralne cijevi, koja se kasnije pretvara u zreli neuron. Hondroblast je slabo diferencirana ćelija hrskavičnog tkiva koja se pretvara u hondrocit (zrelu ćeliju hrskavičnog tkiva). Apoptoza i nekroza Apoptoza (od grčkog – opadanje listova) je genetski programirani oblik stanične smrti, neophodan u razvoju višećelijskog organizma i uključen u održavanje homeostaze tkiva. Apoptoza se manifestuje smanjenjem veličine ćelije, kondenzacijom i fragmentacijom hromatina, zbijanjem plazma membrana bez ispuštanja sadržaja ćelije u okolinu. Apoptoza se obično suprotstavlja drugom obliku ćelijske smrti - nekrozi, koja se razvija pod uticajem spoljnih štetnih agenasa ćelije i neadekvatnih uslova okoline (hipoozmija, ekstremne pH vrednosti, hipertermija, mehanički stres, delovanje agenasa koji oštećuju membranu) . Nekroza se manifestuje oticanjem ćelije i rupturom membrane usled povećanja njene permeabilnosti sa oslobađanjem ćelijskog sadržaja u okolinu. Prvo morfološke karakteristike apoptoza (kondenzacija hromatina) se bilježe u jezgru. Kasnije se pojavljuju udubljenja nuklearne membrane i dolazi do fragmentacije jezgra. Odvojeni fragmenti jezgra, ograničeni membranom, nalaze se izvan ćelije i nazivaju se apoptotičnim tijelima. Do ekspanzije dolazi u citoplazmi endoplazmatski retikulum, kondenzacije i naboranja granula. Najvažnija karakteristika apoptoza je smanjenje transmembranskog potencijala mitohondrija. Ćelijska membrana gubi resicu i formira otekline poput mjehurića. Ćelije su zaobljene i odvojene od supstrata. Propustljivost membrane se povećava samo u odnosu na male molekule, a to se događa kasnije od promjena u jezgri. Jedan od mnogih karakteristične karakteristike Apoptoza je smanjenje volumena ćelije za razliku od njenog oticanja tokom nekroze. Apoptoza utječe na pojedinačne stanice i praktično nema utjecaja na njihovu okolinu. Kao rezultat fagocitoze, kojoj ćelije prolaze već tokom razvoja apoptoze, njihov sadržaj se ne oslobađa u međućelijski prostor. Naprotiv, tokom nekroze, njihove aktivne intracelularne komponente se akumuliraju oko umirućih ćelija, a okolina postaje zakiseljena. Zauzvrat, to doprinosi smrti drugih stanica i razvoju upale. Uporedne karakteristike apoptoza i nekroza ćelija data je u tabeli 1. Tabela 1. Komparativne karakteristike apoptoze i ćelijske nekroze Znak Apoptoza Nekroza Prevalencija Jedna ćelija Grupa ćelija Okidač faktor Aktiviran fiziološkim ili patološkim stimulansima Brzina razvoja, sati 1-12 Unutar 1 Promjena veličine ćelije Smanjenje Povećavanje Promjene na ćelijskoj membrani Gubitak mikroresica, formiranje otoka, integritet nije narušen Narušavanje integriteta Promene u jezgru Kondenzacija hromatina, piknoza, fragmentacija Oticanje Promene u citoplazmi Kondenzacija citoplazme, zbijanje granula Liza granula Lokalizacija primarnog oštećenja u jezgruU membrani Uzroci ćelijske smrti, degradacija ćelije energije, degradacija DNK Vibracija DNK Stanje s sa formiranjem prvo velikih, a zatim malih fragmenata Poremećena degradacija Energetska zavisnost Zavisi Ne zavisi Upalni odgovor Nema Obično prisutno Uklanjanje mrtvih ćelija Fagocitoza od strane susednih ćelija Fagocitoza od strane neutrofila i makrofaga Primeri manifestacija Metamorfoza Smrt ćelije usled hipoksije, toksina Apoptoza je univerzalno rasprostranjena u svijetu višećelijskih organizama: slične manifestacije opisane su kod kvasca, tripanosoma i nekih drugih jednoćelijskih organizama. Apoptoza se smatra uslovom za normalno postojanje organizma. U tijelu apoptoza obavlja sljedeće funkcije: § održavanje konstantnog broja ćelija. Najjednostavnija ilustracija važnosti apoptoze za višećelijski organizam su podaci o ulozi ovog procesa u održavanju konstantnog broja ćelija u nematodi Caenorhabditis elegans. § štiti organizam od patogena zarazne bolesti, posebno od virusa. Mnogi virusi uzrokuju duboka kršenja u metabolizmu zaražene ćelije, da ona na te smetnje reaguje pokretanjem programa smrti. Biološko značenje ove reakcije je da će smrt zaražene ćelije u ranoj fazi spriječiti širenje infekcije po cijelom tijelu. Istina, neki virusi su razvili posebne adaptacije za suzbijanje apoptoze u inficiranim stanicama. Stoga, u nekim slučajevima, genetski materijal virusa kodira tvari koje djeluju kao ćelijski anti-apoptotički regulatorni proteini. U drugim slučajevima, virus stimulira ćeliju da sintetizira vlastite anti-apoptotske proteine. Time se stvaraju preduslovi za nesmetanu reprodukciju virusa. § uklanjanje genetski defektnih ćelija. Apoptoza je najvažnijim sredstvima prirodna prevencija raka. Postoje posebni geni koji kontrolišu poremećaje u genetskom materijalu ćelije. Ako je potrebno, ovi geni pomjeraju ravnotežu u korist apoptoze, a potencijalno opasna stanica umire. Ako takvi geni mutiraju, tada se u stanicama razvijaju maligne neoplazme. § određivanje oblika organizma i njegovih dijelova; § osiguravanje ispravnog omjera broja ćelija razne vrste;
Intenzitet apoptoze je veći u početnim periodima ontogeneze, posebno tokom embriogeneze. U tijelu odrasle osobe apoptoza nastavlja igrati glavnu ulogu samo u tkivima koja se brzo obnavljaju. diferencijacija tumora ćelija 3. Tumorska transformacija ćelija Naučili smo mnogo o tome kako ćelije žive i evoluiraju, ali ne dovoljno o tome kako spriječiti rak. Upravo suprotno: vidjeli smo razne faktore i mehanizme koji ga izazivaju, a to slabi nadu u univerzalne metode terapije. Stoga mi na pamet padaju riječi Propovjednikove: u mnogo mudrosti mnogo je tuge; a ko povećava znanje, povećava tugu. Ali naučnici rade." Khesin R.B., sovjetski naučnik Problem onkološke bolesti je jedan od glavnih za modernog društva. Prema prognozama Svjetske zdravstvene organizacije, incidencija i smrtnost od raka širom svijeta će se udvostručiti od 1999. do 2020. godine (sa 10 na 20 miliona novih slučajeva i sa 6 na 12 miliona registrovanih smrtnih slučajeva). Tumor je prekomjerni patološki rast tkiva koji se sastoji od kvalitativno promijenjenih ćelija tijela koje su izgubile svoju diferencijaciju. Izraz "rak" došao je do nas od davnina. U to vrijeme bolest se nazivala glavnim, najuočljivijim znakom bolesti. Po analogiji između izraslina maligni tumor u okolna tkiva i udove raka, ova bolest se naziva rak (na latinskom rak). Ovaj drevni izraz danas je svima dobro poznat i svakoga plaši. Bolje ga je ne koristiti u komunikaciji s pacijentima. U nastanku tumora odlučujuća su dva faktora: pojava izmenjene ćelije (transformacija) i postojanje uslova za njen nesmetan rast i reprodukciju u organizmu. Tokom života u višećelijskom organizmu dolazi do ogromnog broja deoba ćelija. Na primjer, u ljudsko tijelo ovaj broj je otprilike 10 16. Povremeno se u somatskim stanicama javljaju mutacije, uključujući i one koje mogu dovesti do stvaranja tumorske ćelije. Štaviše, što je ćelija prošla kroz više ciklusa deobe, veća je verovatnoća da će se defektne ćelije pojaviti u njenom potomstvu. Ovo objašnjava naglo povećanje vjerovatnoća razvoja raka s godinama. Više od 50% svih slučajeva raka otkriveno je kod ljudi starijih od 65 godina. Statistike pokazuju da ako uzmemo smrtnost od raka u dobi od 20 godina kao jedan, onda nakon 50 letnje doba rizik od umiranja od ove bolesti će se povećati deset puta. Tijelo se bori protiv nastalih defektnih stanica uz pomoć imunološki sistem. Budući da je pojava defektnih ćelija neizbježna, po svoj prilici, upravo su poremećaji imunološkog sistema presudni u nastanku tumora. Koncept uloga imuni mehanizmi u razvoju maligne neoplazme je 1909. godine predložio Ehrlich. Istraživanja posljednjih godina potvrdili značajnu ulogu stanja imunodeficijencije u nastanku tumora. Očigledno, što se više defektnih ćelija pojavljuje u tijelu, veća je vjerovatnoća da će imunološki sistem propustiti takve ćelije. Ćelijska transformacija je uzrokovana kancerogenim faktorima. Karcinogeni faktori su faktori spoljašnje i unutrašnje sredine koji mogu izazvati nastanak i razvoj tumora. Faktori unutrašnjeg okruženja uključuju uslove lokacije ćelije, genetsku predispoziciju organizma. Dakle, što je ćelija u nepovoljnijim uslovima, veća je verovatnoća da će doći do grešaka tokom njene deobe. Traumatizacija kože, sluzokože ili drugih tkiva tijela bilo kojim mehaničkim ili hemijskim iritansima dovodi do povećanog rizika od razvoja tumora na ovom mjestu. To je ono što određuje povećan rizik nastanak karcinoma onih organa čija je sluznica izložena najintenzivnijem prirodnom stresu: karcinom pluća, želuca, debelog crijeva i dr. Stalno ozlijeđeni mladeži ili ožiljci, dugotrajno nezacjeljujuće ulceracije također dovode do intenzivnih ćelijska dioba u nepovoljnim uslovima i povećanje ovog rizika. Genetski faktori igraju važnu ulogu u nastanku nekih tumora. Kod životinja je eksperimentalno potvrđena uloga genetske predispozicije na primjeru sojeva miševa sa visokim i niskim nivoom raka. Vanjski karcinogeni faktori mogu se podijeliti u tri glavne grupe: fizičke, hemijske i biološke. Fizički faktori uključuju jonizujuće zračenje- zračenje. Posljednjih decenija kontaminacija Zemlje radionuklidima kao rezultat ljudske ekonomske aktivnosti pojavila se i dostigla velike razmjere. Do oslobađanja radionuklida dolazi kao posljedica nesreća na nuklearne elektrane i nuklearne podmornice, ispuštanje niskoaktivnog otpada u atmosferu iz nuklearnih reaktora itd. K hemijski faktori uključuju razne hemikalije (komponente duvanski dim, benzopiren, naftilamin, neki herbicidi i insekticidi, azbest itd.). Izvor većine hemijskih kancerogena u okruženje su emisije iz industrijske proizvodnje. TO biološki faktori uključuju viruse (virus hepatitisa B, adenovirus i neke druge). Na osnovu prirode i brzine rasta, uobičajeno je razlikovati benigne i maligne tumore. Benigni tumori rastu relativno sporo i mogu postojati godinama. Okruženi su sopstvenom školjkom. Kako tumor raste, on odbacuje okolna tkiva bez njihovog uništavanja. Ćelije benignog tumora se neznatno razlikuju od normalnih ćelija iz kojih se tumor razvio. Stoga su benigni tumori nazvani prema tkivima iz kojih su se razvili, uz dodatak sufiksa „oma“ od grčkog izraza „oncoma“ (tumor). Na primjer, tumor iz masnog tkiva naziva se lipom, iz vezivnog tkiva - fibroma, iz mišićnog tkiva - fibroidi itd. Uklanjanje benignog tumora svojom membranom dovodi do potpuno izlječenje bolestan. Maligni tumori rastu mnogo brže i nemaju vlastita školjka. Tumorske ćelije i njihove vrpce prodiru u okolna tkiva i oštećuju ih. Prerastanje u limfni ili krvni sud, mogu se transportovati protokom krvi ili limfe Limfni čvorovi ili udaljenih organa sa formiranjem sekundarnog fokusa rasta tumora - metastaza. Zloćudne tumorske ćelije značajno se razlikuju od ćelija iz kojih su se razvile. Zloćudne tumorske ćelije su atipične, izmijenjene su stanične membrane i citoskelet, zbog čega imaju manje-više zaobljen oblik. Tumorske ćelije mogu sadržavati nekoliko jezgara koje nisu tipične po obliku i veličini. Karakteristična karakteristika tumorska stanica je gubitak diferencijacije i, kao rezultat, gubitak specifične funkcije. Naprotiv, normalne ćelije imaju sva svojstva potpuno diferenciranih ćelija koje obavljaju specifične funkcije u telu. Ove ćelije su polimorfne i njihov oblik je određen strukturiranim citoskeletom. Normalne tjelesne ćelije se obično dijele dok ne uspostave kontakt sa susjednim stanicama, nakon čega podjela prestaje. Ovaj fenomen je poznat kao kontaktna inhibicija. Izuzetak su embrionalne ćelije, crevni epitel (stalna zamena umirućih ćelija), ćelije koštane srži (hematopoetski sistem) i tumorske ćelije. Dakle, najvažnije žig Smatra se da tumorske ćelije imaju nekontrolisanu proliferaciju Transformacija normalne ćelije u transformisanu je proces u više faza. 1.Iniciranje. Gotovo svaki tumor počinje oštećenjem DNK u jednoj ćeliji. Ovaj genetski defekt može biti uzrokovan kancerogenim faktorima, kao što su komponente duhanskog dima, UV zračenje, rendgenske zrake i onkogeni virusi. Očigledno, iznutra ljudski život značajan broj tjelesnih ćelija od ukupno 10 14podliježe oštećenju DNK. Međutim, samo oštećenje protoonkogena je važno za početak tumora. Ove lezije su najvažniji faktor koji određuje transformaciju somatska ćelija u sobu za tumore. Oštećenje antionkogena (tumorski supresorski gen) također može dovesti do inicijacije tumora. 2.Promocija tumora je preferencijalna proliferacija izmijenjenih stanica. Ovaj proces može trajati godinama. .Progresija tumora je proces proliferacije malignih ćelija, invazije i metastaza, što dovodi do pojave malignog tumora.
