-образовательные:

дать определение понятию стволовые клетки, расширить знания учащихся об этом типе клеток, их функциональных возможностях и свойствах;

 

-воспитательные:

использовать полученные теоретические знания в жизни, основываясь на целесообразности относительно сложившейся ситуации;

 

-развивающие:

развивать умение делать выводы о значении открытия стволовых клеток для существования человечества, развивать умение оценивать ситуации с точки зрения этических норм.

 

 

Тип урока:

Изучение нового материала.

 

Оборудование:

Мультимедийная доска, проектор, презентация в формате Power point.

 

Методы и приемы:

Информационно - рецептивный, рассказ учителя, составление опорного конспекта.

 

 

 

План урока:

 

1. Организационный момент.

 

II. Мотивация познавательной деятельности.

III. Актуализация опорных знаний.

IV. Изучение нового материала.

V. Закрепление нового материала.

VI. Итог урока.

VII. Домашнее задание.

 

Ход урока:

 

1. Организация класса. Эмоциональный настрой.

 

Учитель:

 

- Добрый день, дорогие ребята! На прошлом уроке мы с вами начали изучение новой для вас темы «Многоклеточные организмы».Как вы уже знаете, строение многоклеточных организмов может быть с наличием настоящих тканей и без них. Об этом мы с вами говорили на прошлом уроке, а сегодня мне хотелось бы пролить свет на понятие, которое мы все чаще слышим с экранов телевизоров, читаем в прессе и которым, уже немалый промежуток времени, пестрит Интернет. Этот термин знаком многим, но лишь единицы могут дать ему четкое определение и мне хочется, что бы в итоге сегодняшнего урока вы присоединились к этим знатокам.

 

2. Мотивация учебной деятельности.

 

Учитель:

 

-Всем известно, что в основе эволюции, в основе продолжения жизни лежит процесс размножения организмов, то есть способность воспроизводить себе подобных.

Все мы развились из оплодотворенной яйцеклетки. В течение первых дней после зачатия эмбрион состоит из неспециализированных клеток, каждая из которых способна развиваться во все типы клеток, формирующих взрослый организм. В ходе дальнейшего развития эмбриона эти клетки дадут начало нервным, мышечным клеткам, клеткам печени и всем другим типам клеток, каждый из которых специализируется на выполнении определенной функции во взрослом организме. То есть, эти неспециализированные клетки несут в себе всю информацию о развитии представителей того или иного вида.

 

Сообщение темы урока

 

Учитель:

-Наш сегодняшний урок будет посвящен изучению стволовых клеток, их классификации, функциональных возможностей, свойств и биологического значения. Как всегда, вы самостоятельно будете составлять конспект нашего урока.

 

1. Актуализация опорных знаний:

 

Учитель:

 

- Но, прежде чем мы приступим к изучению нового материала, давайте вспомним, что такое клетка?

 

Ученик:

 

- Клетка это элементарная биологическая система, основная структурная, функциональная и генетическая единица живого, основными свойствами которой являются открытость, целостность, обмен веществ, саморегуляция, самообновление и самовосстановление.

 

Учитель:

 

-Хорошо! А сейчас давайте вспомним основные положения современной клеточной теории.

 

Ученик:

 

- Клетка – открытая биологическая система, способная быть самостоятельным организмом. Клетки различных организмов гомологичны по строению, химическому составу и процессам жизнедеятельности. Размножение клеток осуществляется путем деления материнской клетки. Клетки способны к развитию, эволюции и специализации.

 

Учитель:

 

-Хорошо, спасибо. Как вы уже знаете, особое значение в развитии цитологии имело положение, внесенное немецким ученым Р. Вирховым. Какова формулировка этого положения?

 

Ученик:

 

- Клетка – единица размножения и развития организмов. Любая клетка происходит от другой.

 

Учитель:

 

- Хорошо. Следующий вопрос: что называется процессом полового размножения?

 

Ученик:

 

- Размножение – это способность воспроизводить новое поколение особей того же вида. Процесс полового размножения характеризуется развитием нового организма в результате слияния двух половых клеток, образованных разными родителями.

 

Учитель:

 

-Хорошо. Спасибо. А теперь вспомните, пожалуйста, что вы слышали и что вы знаете о стволовых клетках из средств массовой информации?

 

Ученик:

 

- Нобелевская премия по физиологии и медицине 2012 г. присуждена английскому и японскому ученым за открытие нового типа стволовых клеток.

 

 

Ученик:

 

-Стволовые клетки используются в косметологии и медицине для омоложения кожи и временной остановки процесса старения организма в целом.

 

Ученик:

 

- Стволовые клетки – панацея от всех болезней, они могут вылечить любой орган, так как несут в себе информацию о том, что такое здоровый орган. Часть стволовых клеток существует в законсервированном виде, пока в теле не возникнут какие-либо нарушения, травмы или заболевания. Тогда дремавшие до поры до времени клетки, как члены слаженной ремонтной бригады, поспешат на помощь поврежденным тканям. Чем чаще болеете, тем меньше таких ремонтных клеток остается в запасе. При современном образе жизни их количество заметно уменьшается уже к 20 годам, а после 40 лет микроскопических ремонтников иногда не остается совсем.

 

Учитель:

 

- Хорошо! А теперь, что бы ваши знания о стволовых клетках были полноценными, давайте приступим к изучению темы сегодняшнего урока.

 

1. Изучение нового материала:

 

Проблемный вопрос:

 

Учитель:

 

- Как вы уже заметили, прологом нашего сегодняшнего урока я выбрала слова Элиан Глюкман – известного американского хирурга, которая в 1988 году провела первую успешную трансплантацию стволовых клеток пуповинной крови. В своей статье она написала: «Открытие стволовой клетки стоит в одном ряду с такими великими достижениями человечества, как открытие двуспиральной цепочки ДНК или расшифровка генома человека.»

Как вы думаете, почему доктор Глюкман высказала такую точку зрения? Ответ на этот вопрос я жду при подведении итогов нашего урока.

 

Учитель:

 

- Стволовые клетки— недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей.

Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки — зиготы. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. Тем не менее, как вы уже знаете, в процессе старения организма их количество уменьшается.

 

История открытия стволовых клеток насчитывает уже более 100 лет. Клеточные технологии применяли наши врачи еще в XIX веке. Во время крымской войны Н. И. Пирогов измельчал ткани поджелудочной железы лошадей и заполнял этой кашицей гнойные раны, которые на удивление быстро заживали. Сам великий хирург приписывал такое действие уникальным свойствам поджелудочной железы, но сегодня ученые не исключают, что в раны попадали и стволовые клетки, содержавшиеся в лошадиных тканях.

Термин «стволовая клетка» был предложен к широкому использованию в 1908 году русским гистологом Александром Максимовым (1874—1928). Он описал и доказал методами своего времени гемопоэтические стволовые клетки.

 

В 1968 году доказана возможность восстановления кроветворения у пациента после трансплантации костного мозга.

В 1978 году в пуповинной крови обнаружены гемопоэтические стволовые клетки.

В 1988 Э. Глюкман доказала, что применение пуповинной крови эффективно и безопасно. С тех пор пуповинная кровь широко применяется в трансплантологии.

В 1997 году в России проведена первая операция онкологическому больному по пересадке стволовых клеток пуповинной крови.

В 2003 году журнал Национальной Академии Наук США опубликовал сообщение о том, что через 15 лет хранения в жидком азоте стволовые клетки пуповинной крови полностью сохраняют свои биологические свойства. С этого момента криогенное хранение стволовых клеток стало рассматриваться как «биологическая страховка».

 

В январе 2007 исследователи из Университета Уэйк Форест (Северная Каролина, США) под руководством доктора Энтони Атала из Гарварда сообщили об открытии нового вида стволовых клеток, обнаруженных в амниотической жидкости (околоплодных водах).

В 2011 году группа израильских учёных, которая вывела первые стволовые клетки вымирающих видов животных. Это прорыв и благодаря ему можно спасти виды, которым грозит исчезновение.

 

Учитель:

- Как вы уже знаете, в 2012 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена Сэру Джону Бертрану Гердону (Англия) и Шинья Яманаке (Япония) за открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК). В ходе своих экспериментов Джон Гердон удалил ядро яйцеклетки лягушки и заменил его ядром специализированной клетки кишки головастика. Из модифицированной таким образом яйцеклетки развился нормальный головастик. В ходе последующих экспериментов были клонированы млекопитающие. Шинья Яманака изучал гены, важные для функционирования стволовых клеток. Когда он перенес эти гены в клетки кожи мыши, они превратились в плюрипотентные стволовые клетки, которые позже смогли развиться во все виды клеток взрослой мыши. Такие клетки были названы индуцированными плюрипотентными стволовыми (иПС) клетками. В настоящее время эти клетки можно получить из клеток пациентов с различными заболеваниями. Зрелые клетки могут быть получены из иПС – клеток, позволяя изучить механизмы развития заболеваний с новой точки зрения. Это открытие – прорыв в современной медицине.

 

Учитель:

 

- А сейчас давайте познакомимся со свойствами, классификацией и терминологией разнообразных типов стволовых клеток.

Все стволовые клетки обладают двумя неотъемлемыми свойствами:

1.Самообновление, то есть способность сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки).

2.Потентность (дифференцирующий потенциал), или способность давать потомство в виде специализированных типов клеток.

Дифференцирующий потенциал, или потентность, стволовых клеток — это способность производить определенное количество разных типов клеток. В соответствии с потентностью стволовые клетки делятся на несколько групп.

К первой группе относятся тотипотентные (омнипотентные) стволовые клетки могут дифференцироваться в клетки эмбриональных тканей, организованные в виде связанных структур (тканей, органов, систем органов, организма). Такие клетки могут дать начало полноценному жизнеспособному организму. К ним относится оплодотворённая яйцеклетка, или зигота.

 

Ко второй группе относятся плюрипотентные стволовые клетки, которые являются потомками тотипотентных и могут давать начало практически всем тканям и органам, за исключением экстраэмбриональных тканей (например, плаценты). Из этих стволовых клеток развиваются три зародышевых листка: эктодерма, мезодерма и энтодерма.

 

Учитель:

 

-Из курса анатомии и физиологии человека вы уже знаете, что все органы и системы органов человека развиваются из трех зародышевых листков. Давайте вспомним, каким органам и их системам дают начало каждый из зародышевых листков?

 

Ученик:

 

- Эктодерма даёт начало нервной системе, органам чувств, переднему и заднему отделам кишечной трубки, кожному эпителию. Из мезодермы формируются хрящевой и костный скелет, кровеносные сосуды, почки и мышцы. Из энтодермы — в зависимости от биологического вида — образуются различные органы, ответственные за дыхание и пищеварение. У человека это — слизистая оболочка кишечника, а также печень, поджелудочная железа и лёгкие.

 

Учитель:

-Абсолютно верно! Мы продолжаем классификацию стволовых клеток в соответствии с потентностью.

К третьей группе относятся мультипотентные стволовые клетки. Они порождают клетки разных тканей, но многообразие их видов ограничено пределами одного зародышевого листка.

 

К четвертой группе относятся олигопотентные клетки, которые могут дифференцироваться лишь в некоторые, близкие по свойствам, типы клеток. К ним, например, относятся клетки, участвующие в процессе кроветворения.

И к последней, пятой группе стволовых клеток можно отнести унипотентные клетки (клетки-предшественницы, бластные клетки) — незрелые клетки, которые, по сути, уже не являются стволовыми, так как могут производить лишь один тип клеток. Они способны к многократному самовоспроизведению, что делает их долговременным источником клеток одного конкретного типа и отличает от не стволовых. Однако их способность к самовоспроизведению ограничена определённым количеством делений, что также отличает их от истинно стволовых клеток. К клеткам-предшественницам относятся, к примеру, некоторые из миосателлитоцитов, участвующих в образовании скелетной и мышечной тканей.

 

Учитель:

 

- А сейчас мы с вами познакомимся с другой классификацией стволовых клеток - в зависимости от источника их получения. Именно вопрос получения этих чудодейственных клеток вызывает самые громкие споры относительно этичности использования подобных источников.

 

Итак, первая группа включает в себя эмбриональные стволовые клетки . Они образуют внутреннюю клеточную массу , или эмбриобласт, на ранней стадии развития эмбриона. Они являются плюрипотентными. Важный плюс эмбрионалных стволовых клеток состоит в том, что они не вырабатывают антигены тканевой совместимости. Каждый человек обладает уникальным набором этих антигенов, и их несовпадение у донора и реципиента является важнейшей причиной несовместимости при трансплантации. Соответственно, шанс того, что донорские эмбриональные клетки будут отторгнуты организмом реципиента очень невысок. Но для получения эмбриональных стволовых клеток в лабораторных условиях приходится разрушать бластоцисту, то есть разрушать эмбрион. Таким образом становится понятно, что выделение эмбриональных стволовых клеток из эмбриона несовместимо с его дальнейшим развитием. Клинические исследования с использованием эмбриональных стволовых клеток подвергаются особой этической экспертизе. Во многих странах исследования эмбриональных стволовых клеток ограничены законодательством.

Следующая группа включает в себя фетальные стволовые клетки. Их получают из плодного материала после аборта (обычно срок гестации, то есть внутриутробного развития плода, составляет 9—12 недель). Естественно, изучение и использование такого биоматериала также порождает этические проблемы. В некоторых странах, например, в Великобритании, продолжаются работы по их изучению и клиническому применению. К примеру, одна из ведущих британских клиник исследует возможности использования фетальных стволовых клеток для терапии инсульта.

К третьей группе относятся постнатальные стволовые клетки – то есть, клетки, которые могут быть выделены после рождения самого человека. Стволовые клетки взрослого организма можно подразделить на три основных категории: гемопоэтические (кроветворные), мультипотентные мезенхимальные (стромальные) и тканеспецифичные клетки-предшественницы. Иногда в отдельную группу выделяют клетки пуповинной крови, поскольку они являются наименее дифференцированными из всех клеток зрелого организма, то есть обладают наибольшей потентностью. Пуповинная кровь в основном содержит гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные, но в ней присутствуют и другие уникальные разновидности стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей.

 

Учитель:

- Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) — мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови миелоидного (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, эритроциты, мегакариоциты и тромбоциты, дендритные клетки) и лимфоидного рядов (Т-лимфоциты, В-лимфоциты и естественные киллеры). Гемопоэтическая ткань содержит клетки с долгосрочными и краткосрочными возможностями к регенерации, включая мультипотентные, олигопотентные и клетки-предшественники. Миелоидная ткань содержит одну ГСК на 10 000 клеток. В настоящее время активно исследуются свойства различных групп ГСК и результаты показывают, что ГСК способны к продолжительному самовоспроизведению. Кроме того, эксперименты по трансплантации показали, что каждая группа ГСК преимущественно воссоздаёт свой тип клеток крови, что позволяет предположить наличие наследуемой генетической программы для каждой популяции. То есть, можно сказать, что в будущем любое заболевание крови, костного мозга или печени будет легко излечимо! При чем, ГСК могут быть культивированы in vitro, то есть, вне организма человека.

 

До начала использования пуповинной крови основным источником ГСК считался костный мозг. Концентрация ГСК в пуповинной крови в десять раз выше, чем в костном мозге. Кроме того, у этого источника есть ряд преимуществ. Важнейшим из них является

возраст. Пуповинная кровь собирается на самом раннем этапе жизни организма. ГСК пуповинной крови максимально активны, поскольку не подвергались негативному воздействию внешней среды (инфекционные заболевания, нездоровое питание и т. д.). ГСК пуповинной крови способны создать большую клеточную популяцию в короткий срок.

Второе немаловажное преимущество - совместимость. Использование собственной пуповинной крови гарантирует 100%-ную совместимость. Совместимость с братьями и сёстрами составляет до 25 %, как правило, возможно также использование пуповинной крови ребёнка для лечения других близких родственников. Для сравнения, вероятность нахождения подходящего донора стволовых клеток — от 1:1000 до 1:1000 000.

Терапия собственными стволовыми клетками – самый безопасный и грамотный, но и наиболее наукоемкий метод, осуществляемый только на базе крупнейших медицинских клиник.

В последнее время на Западе, где религиозные организации выступают против использования клеток человеческого эмбриона, начинают применять стволовые клетки животных, чаще всего акулы и черной овцы. Последняя пользуется наибольшим спросом – ее проще разводить в научных целях, контролируя все этапы роста.

Совсем недавно американские ученые произвели подсадку стволовых клеток в больное сердце пациента, после чего больной быстро восстановился – динамика замещения поврежденных клеток здоровыми просто поражала! Так же американские ученые научились лечить стволовыми клетками мышечную дистрофию.

 

V.Закрепление нового материала:

 

Учитель:

 

- А сейчас давайте подумаем. В курсе зоологии беспозвоночных вы изучали один из типов многоклеточных животных, в теле которых находятся клетки, которые при повреждении тела животного могут быстро делиться и расти, образуя все другие типы клеток, способствуя скорейшей регенерации. Как называются эти клетки и какому тип животных они принадлежат?

 

Ученик:

- Эти клетки называются промежуточными и принадлежат представителям Типа Кишечнополостных, на пример, гидре пресноводной.

 

Учитель:

 

-Правильно! А теперь подумайте, можно ли считать эти клетки стволовыми и, если можно, то к какому типу стволовых клеток они относятся?

 

Ученик:

 

- Да, можно. Эти клетки можно отнести к мультипотентным стволовым клеткам, так как они порождают клетки разных тканей и функциональных групп.

 

Учитель:

 

- Молодцы! Следующий вопрос. Почему унипотентные клетки (клетки-предшественницы, бластные клетки) не в полной мере относятся к стволовым?

 

Ученик:

 

- Унипотентные клетки могут производить лишь один тип клеток. Они способны к многократному самовоспроизведению, что делает их долговременным источником клеток одного конкретного типа и отличает от не стволовых. Однако их способность к самовоспроизведению ограничена определённым количеством делений, что также отличает их от истинно стволовых клеток.

 

Учитель:

 

-Молодец! Сегодня мы говорили об особенностях клеток пуповинной крови. Какие именно типы стволовых клеток в ней содержатся?

 

Ученик:

 

- Пуповинная кровь в основном содержит гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные, но в ней присутствуют и другие уникальные разновидности стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей.

 

VI. Итог урока:

 

Учитель:

 

-Хорошо! А сейчас мне хотелось бы услышать ваш ответ на проблемный вопрос, поставленный мной в начале нашего урока - как вы считаете, почему доктор Элиан Глюкман высказала такую точку зрения: «Открытие стволовой клетки стоит в одном ряду с такими великими достижениями человечества, как открытие двуспиральной цепочки ДНК или расшифровка генома человека.»

 

Ученик:

 

-Открытие стволовых клеток – это действительно великое достижение, бессмертный потенциал человечества. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей. Стволовые клетки сохраняются и функционируют так же во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки,которые были открыты Джоном Гердоном и Шинья Яманакой позволят изучить механизмы развития заболеваний и варианты их лечения. Плюрипотентные стволовые клетки могут давать начало практически всем тканям и органам. Мультипотентные стволовые клетки порождают клетки различных тканей. Что касается трансплантологии, эмбриональные стволовые клетки не вырабатывают антигены тканевой совместимости, поэтому донорские эмбриональные клетки не будут отторгнуты организмом реципиента. Пуповинная кровь содержит гемопоэтические стволовые клетки, а также мультипотентные мезенхимальные, но в ней присутствуют и другие уникальные разновидности стволовых клеток, при определённых условиях способные дифференцироваться в клетки различных органов и тканей. Именно на этом базируется создание банков пуповинной крови, которая в дальнейшем может сохранить жизнь как ребенку, так и его близким родственникам. Так же были выведены первые стволовые клетки вымирающих видов животных, благодаря чему можно спасти виды, которым грозит исчезновение.

 

VII. Домашнее задание.

 

Учитель:

- Совершенно верно! Спасибо. На сегодняшнем уроке мы не достаточно глубоко рассмотрели этические проблемы, связанные с получением стволовых клеток человека, поэтому вашим домашним заданием будет письменная работа на эту тему. Запишите, пожалуйста, домашнее задание:

 

- Благодарю за внимание! До свидания.