Заселение костного мозга стволовыми клетками в процессе онтогенеза, их локализация в костном мозгу. Свойства стволовых кроветворных клеток.

Красный костный мозг – центральный (первичный) орган кроветворной ткани, называемой миелоидной (греч. mielos – мозг, оidеоs – похожий) и представляет содержимое полужидкой консистенции, заполняющее полости костей позвоночных животных. У взрослых млекопитающих он находится в плоских костях (ребрах, костях черепа, таза), грудной кости, позвонках и эпифизах длинных трубчатых костей.

Развитие. В эмбриональном периоде колониеобразующие единицы (КОЕ) появляются в печени. Это мелкие, подвижные, самообновляющиеся благодаря митозу клетки, группирующиеся в колонии (скопления). При делении КОЕ образуются клетки-предшественники эритроцитов, а также лейкоцитов и тромбоцитов.

Образование красного костного мозга у млекопитающих начинается в ранний период эмбриогенеза – во время развития хрящевого скелета. У овцы в предплодном этапе в период образования хрящевого скелета конечностей в области диафизов появляется полость, в которой развивается вначале костный мозг, состоящий из остеобластов, остеокластов и ретикулярных клеток. В костный мозг проникают и накапливаются в нем стволовые кроветворные клетки, а клетки ретикулярной стромы в комплексе с макрофагами создают микросреду, необходимую для дифференциации кровяных клеток. В дальнейшем вокруг формирующихся сосудов микроциркуляторного русла усиленно развиваются разнообразные клетки, входящие в состав миелоидной ткани. Как только у плода развивается костная ткань, в ее полости попадают колониеобразующие единицы (КОЕ) и начинается образование клеток крови. К моменту рождения организма костные полости всех костей заполняются красным костным мозгом. После рождения в костной ткани накапливаются соли кальция, они уплотняются. Давление крови выталкивает через синусоиды в костные полости мелкие КОЕ, а затем и более крупные клетки крови. Увеличение количества костей сопровождается расселением КОЕ в них.

Костный мозг осуществляет гемопоэз, или кроветворение — процесс создания новых клеток крови взамен погибающих и отмирающих. Он также является одним из органов иммунопоэза. Это единственная ткань взрослого организма, в норме состоящая из незрелых, недифференцированных и низкодифференцированных клеток, так называемых стволовых клеток, близких по строению к эмбриональным клеткам/

Кардинальная особенность костного мозга состоит в том, что он служит основным источником стволовых кроветворных элементов как для миелоидного (кроветворного), так и для лимфоидного ростков дифференцировки. Все клетки иммунной системы происходят из стволовых клеток костного мозга, которые дифференцируются в лимфоциты, гранулоциты, моноциты, эритроциты и мегакариоциты. В костном мозге происходит раннее, антигеннезависимое созревание и дифференцировка В-лимфоцитов. Уменьшение количества стволовых клеток и нарушение их дифференцировки приводят к иммунодефицитам. Костный мозг оценивается как первичный орган иммунной системы, поскольку является источником В-клеток для вторичных лимфоидных образований периферии – в основном для селезенки и, в меньшей степени, для лимфатических узлов.

Основное назначение костного мозга – продукция клеток крови (кроветворение) и лимфоцитов. Развитие клеточных элементов костного мозга начинается от плюрипотентной гемопоэтической стволовой клетки (ГСК), которая дает начало шести росткам дифференцировки:

1) Мегакариоцитарному, заканчивающемуся образованием тромбоцитов.

2) Эритроидному, приводящему к формированию безъядерных, переносящих кислород эритроцитов крови;

3) Гранулоцитарному - с тремя дополнительными направлениями дифференцировки, заканчивающимися образованием трех самостоятельных клеточных типов: базофилов, эозинофилов и нейтрофилов. Эти клетки принимают непосредственное участие в процессах воспаления и фагоцитоза и являются, таким образом, участниками неспецифической формы защиты.

4) Моноцитарно-макрофагальному. На территории костного мозга дифференцировка в данном направлении завершается образованием моноцитов, мигрирующих в кровь; окончательные зрелые их формы в виде тканевых макрофагов локализуются в различных органах и тканях, где они получили специфические названия: гистиоциты соединительной ткани, звездчатые ретикулоциты печени, макрофаги селезенки, макрофаги лимфатических узлов, перитонеальные макрофаги, плевральные макрофаги, клетки микроглии нервной ткани.

5) Т-клеточному. Данный росток дифференцировки на территории костного мозга проходит только самый начальный этап развития: формирование предшественника Т-клеток (пре-Т-клеток) от лимфоидной стволовой клетки; основные события по созреванию различных субпопуляций клоноспецифических Т-клеток разворачиваются в тимусе;

6) В-клеточному. В отличие от Т-клеточного направления развития В-клеточная дифференцировка характеризуется практически полной завершенностью; в связи с этим не случайно костный мозг относят к центральному органу иммунитета.

Локализация СКК в костном мозге. СКК локализуются в фиксированном состоянии в костномозговых «нишах», где блокируется их способность к созреванию в более зрелые формы. При активации кроветворения СКК выселяется из «ниши» и вступает на путь деления. При этом одна из двух дочерних клеток способна занять освободившуюся «нишу» и преобразоваться в СКК. Другая дочерняя – размножается, дифференцируется, приобретает черты коммитированности - запрограммированность на определенное направление дифференцировки или синтез одного продукта, может оставаться свободной или при запросе формировать колонии клеток разных гистологических типов. Свободная дочерняя клетка претерпевает ограниченное число делений, снижающих ее репродуктивную способность, т.е. характеризуются возрастной структурой, образующиеся клетки созревают и способны на ответ. «Ниши» также включают различные типы клеток, формирующих микроокружение для СКК: поддерживают СКК в заякоренном состоянии (кадгерин, интегрины), продуцируют ряд факторов, необходимых для формирования сигнальных путей, контролирующих самоподдержание СКК и их дальнейший статус.

Линейно-специфические стволовые клетки на ранних этапах эмбриогенеза – клетки гемангиобласта – предшественники клеток эндотелия и кроветворения – мигрируют в желточный мешок Þ в печень Þ в селезенку Þ костный мозг (всю жизнь) Þ тимус.