Стволовые клетки играют крайне важную роль в развитии и росте как растений, так и животных. Но что отличает стволовую от обычной клетки нашего организма? На первый взгляд они почти «ничего не умеют». У этих клеток нет узкоспециализированной функции: не сокращаются, как клетки мышц, не воспринимают свет, как клетки сетчатки, не выделяют ферменты для переваривания пищи и не выполняют многие другие задачи, характерные для специализированных клеток. Однако именно то, что стволовые клетки умеют, делает их уникальными.

Главные свойства стволовых клеток — это способность к самообновлению и способность к дифференцировке. Самообновление означает, что стволовые клетки могут делиться и воспроизводить собственные копии, сохраняя свойства. Дифференцировка — это способность превращаться в другие, более специализированные типы клеток. Благодаря этим двум свойствам стволовые клетки являются основой для формирования организма на ранних этапах развития. А во взрослом состоянии помогают восстанавливать поврежденные ткани и обеспечивать постоянное обновление клеток, которые регулярно теряются или разрушаются, например клеток верхнего слоя кожи, волос, клеток крови или эпителия кишечника.

Но одинаковы ли все стволовые клетки? Нет, они различаются, и существует несколько их типов. Чтобы понять эти различия, стоит кратко обратиться к раннему развитию человека.

После оплодотворения образуется единая клетка — зигота. Она начинает активно делиться, и через некоторое время формируется структура, напоминающая шарик из клеток, — бластоциста. У бластоцисты есть две основные составляющие. Первая — наружный слой клеток, из которого позже формируется плацента. Вторая — внутренняя клеточная масса, из которой впоследствии развивается сам эмбрион и, соответственно, все типы клеток нашего организма. Интересно, что если на этом этапе извлечь клетки внутренней клеточной массы, перемешать их, а затем вернуть обратно, из них всё равно сформируется нормальный эмбрион. Это означает, что в это время клетки ещё не имеют строгой специализации.

Именно из внутренней клеточной массы можно получить клетки, которые называются эмбриональными стволовыми клетками (ЭСК). Они обладают уникальной способностью давать начало практически любому типу клеток организма: из них могут сформироваться нейроны, клетки печени, клетки крови, клетки желудочно-кишечного тракта, костной ткани и многие другие. В биологии такая способность называется плюрипотентностью (от латинского pluri — «много»).

Если продолжить наблюдать за развитием клеток в бластоцисте, можно увидеть, что по мере деления их число увеличивается, структура становится сложнее, а сами клетки начинают все больше влиять друг на друга. Постепенно они становятся более специализированными и выбирают направление своего дальнейшего развития. Одни клетки становятся предшественниками клеток крови, другие — костной ткани, третьи — печени и так далее.

Такие клетки всё ещё сохраняют свойства стволовых: они способны и к самообновлению, и к дифференцировке. Однако теперь их возможности ограничены определённым направлением развития. Их называют мультипотентными стволовыми клетками. Они сохраняются в организме на протяжении всей жизни. Также их называют тканеспецифичными или соматическими стволовыми клетками, поскольку дают начало только определённой ткани. Именно они играют важную роль в процессах регенерации и восстановления органов и тканей.

Казалось бы, на этом список типов стволовых клеток заканчивается. Однако это не так.

Учёные на протяжении длительного времени изучали, чем стволовые клетки отличаются от всех остальных в организме. В результате им удалось выявить ключевые гены и молекулярные процессы, которые активно работают в стволовых клетках, но практически не функционируют в дифференцированных клетках. В 2006 году японский учёный Шинья Яманака (Shinya Yamanaka) опубликовал работу, в которой показал, что состояние «стволовости», или плюрипотентности, можно искусственно восстановить.

В своём эксперименте он взял обычные клетки кожи и с помощью биотехнологических методов активировал в них несколько генов, характерных для эмбриональных стволовых клеток. Оказалось, этого достаточно, чтобы клетка утратила прежнюю специализацию и приобрела свойства, очень похожие на свойства эмбриональной стволовой клетки.

Полученные таким образом клетки получили название индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК). Они называются индуцированными, потому что состояние плюрипотентности запускается искусственно, а плюрипотентными — поскольку из них, как и из эмбриональных стволовых клеток, можно получить любые типы клеток организма. Это открытие стало важнейшим шагом в развитии регенеративной медицины. Уже в 2012 году, всего через шесть лет после публикации своей работы, Шинья Яманака был удостоен Нобелевской премии.

Таким образом, можно выделить две основные группы стволовых клеток. Первая — плюрипотентные стволовые клетки, к которым относятся эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК). Они способны дать начало практически любому типу клеток организма. Вторая группа — тканеспецифичные (соматические) стволовые клетки, которые могут дифференцироваться только в клетки определённой ткани, например клетки крови, печени или лёгких, и играют ключевую роль в поддержании и восстановлении тканей на протяжении жизни.