Мета: ознайомити учнів зі значенням стовбурових клітин для організму, способами використання стовбурових клітин у медицині, взаємодією клітин багатоклітинних організмів.

Обладнання: малюнки, схеми, що дозволяють ілюструвати вивчення стовбурових клітин.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

I. Організаційний етап

Учитель вітається, перевіряє готовність до уроку, створює робочий настрій.

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності

Запитання до учнів:

— Із чого складаються багатоклітинні організми?

— Дайте визначення поняттю «клітина».

— Як ви розумієте твердження «клітина — одиниця розвитку живих організмів»?

Приклади запитань:

— Як клітини взаємодіють між собою? Для чого потрібна взаємодія?

— Що таке стовбурові клітини?

— Яку будову та значення мають стовбурові клітини?

III. Вивчення нового матеріалу

1. Взаємодія клітин багатоклітинного організму

Розвиток уміння складати конспект

Під час розповіді вчитель пропонує учням скласти текстовий конспект.

Розповідь учителя з елементами бесіди

Запитання до учнів:

— Чи однакові за будовою та функціями клітини багатоклітинного організму? Наведіть приклади тканин тварин, рослин.

— Із чого починається індивідуальний розвиток багатоклітинних організмів?

Міжклітинні контакти виникають у місцях зіткнення клітин у тканинах та слугують для міжклітинного транспорту речовин та передавання сигналів, а також для механічного скріплення клітин між собою.

Існують різноманітні контакти між клітинами: синапси, щільні контакти епідермісу, щілиноподібні контакти, десмосоми (спеціалізовані контактні ділянки між тваринними клітинами) тощо. Більшість міжклітинних контактів порушується при видаленні із середовища міжклітинної взаємодії йонів Ca2+.

Плазмодесми — особливі міжклітинні контакти у вигляді цитоплазматичних ниток, які поєднують протопласти сусідніх рослинних клітин. Розташовані плазмодесми в канальцях, які утворюються при поділові клітин та проходять крізь первинну клітинну оболонку. Порожнину канальців вистилає зовнішня мембрана, а плазмодесми —

плазмалема. Завдяки плазмодесмам здійснюється зв’язок між протопластами: забезпечується передача подразнень та транспорт речовин від клітини до клітини. Кількість плазмодесм у різних клітинах варіює.

Десмосоми — спеціалізовані контактні ділянки між тваринними клітинами. Найбільш поширені в епітеліальних тканинах. Плазматичні мембрани двох контактуючих клітин у десмосомах розташовані паралельно одна одній та розділені тонкою пластинкою щільної речовини.

У ряді випадків міжмембранний простір пронизаний поперечними перетинками. Десмосоми включають філаменти із прокератину.

Синапси (від грецьк. synapsis — поєднання, зв’язок) — спеціалізовані функціональні контакти між збудливими клітинами (нервовими,м’язовими, секреторними), які слугують для передавання та перетворення нервових імпульсів. Термін «синапс» увів Ч. Шеррингтон у 1897 році.

Синаптичні зв’язки — головний механізм міжнейронної взаємодії, що забезпечує усі основні прояви діяльності нервової системи, утворюючи один із найбільш суттєвих структурно-функціональних елементів мозку.

У синапсі розрізняють: пресинаптичну частину (закінчення аксону),синаптичну щілину (простір, який розділяє мембрани контактуючих клітин) та постсинаптичну частину (ділянку клітини, до якої підходить пресинаптичне закінчення). Міжнейронні синапси, які утворені закінченнями аксонів одних нейронів та тілом, дендритами або аксонами

інших, відповідно називають аксо-соматичні, аксо-дендритні, аксоаксонні; бувають також дендро-дендритні, дендро-соматичні, соматосоматичні синапси. Більшість нейронів утворює тисячі синаптичних контактів. Цікаво, що один пресинаптичний аксон може утворювати десятки контактів з індивідуальним постсинаптичним нейроном.

За функціональним значенням синапси можуть бути збудливими, гальмуючими, відповідно до того, активують вони чи пригнічують діяльність відповідної клітини. Передача сигналів може відбуватися через синапс за допомогою хімічного та електричного механізмів передавання.

У більш поширених хімічних синапсах пресинаптичне закінчення містить пухирці, в яких розташовується медіатор. Ширина синаптичної щілини складає 15—20 нм. Нервовий імпульс, який надходить у пресинаптичне закінчення, викликає деполяризацію пресинаптичної мембрани, що збільшує проникненість її до йонів Ca2+. Надходження йонів

Кальцію у пресинаптичне закінчення викликає вивільнення медіатору (шляхом процесу екзоцитозу синаптичних пухирців). Медіатор дифундує крізь синаптичну щілину та впливає на рецептори постсинаптичної мембрани, викликаючи генерацію постсинаптичного потенціалу.

У синапсі з електричним механізмом імпульс, який виникає у активній пресинаптичній мембрані, електротонічно поширюється на постсинаптичну мембрану, завдяки звуженню синаптичної щілини (простір між пресинаптичним пухирцем та постсинаптичною мембраною) та наявності особливих канальців, які забезпечують проходження йонів від однієї контактуючої клітини до іншої. У процесі еволюції нервової системи кількість електричних синапсів, які характерні для кільчастих червів, м’якунів, риб, зменшується.

Багатоклітинні організми мають різноманітні за будовою та функціями клітини, які взаємодіють між собою, утворюючи певні тканини та виконуючи спеціальні функції. Усі багатоклітинні організми починають свій індивідуальний розвиток з однієї клітини. Розмноження клітин супроводжується їхньою диференціацією за будовою та функціями. Диференціація залежить від того, які сигнали отримує клітина,її розташування, контактів із сусідніми клітинами. Клітини можуть перебувати у безпосередньому контакті й обмінюватись сигналами на відстані завдяки спеціальним хімічним речовинам. Здавалося б, однакові клітини й походять від однієї клітини, але одна стає клітиною,епідермісу, а друга — нервовою клітиною, наприклад. Чому? У цьому питанні ще далеко не все ясно вченим. Якби запитання диференціацій клітин та тканин було досконало вивчене, виростити втрачений орган не було б проблемою.

Запитання для учнів:

— Як відбувається регенерація тканин?

— Які сигнали можуть передавати клітини?

— Як із клітин-попередників утворюється клітина певної тканини?

І хоча наразі ми на порозі великих відкриттів у цій галузі біології, на жаль, людина може лише помріяти про вирощені втрачені зуби, серце,нирки або відновлення будь-якої ушкодженої тканини тощо.

У високоорганізованих багатоклітинних організмів тварин усі процеси регулюються за допомогою нейрогуморальної регуляції. Особливу роль відіграють нервові імпульси, завдяки безпосередній електричній взаємодії через спеціальні клітинні контакти, так і через хімічні речовини — медіатори, що виробляються нервовими і рецепторними

клітинами.

Регуляція онтогенезу, диференціація клітин здійснюється також завдяки дії гормонів у високоорганізованих тварин та фітогормонів у рослин (ауксини, цитокінини, гібереліни).

Запитання до учнів: Як в організмі утворюються нові клітини крові (відомо, що еритроцити живуть 120 днів), епітелію шкіри, кишечнику?

2. Стовбурові клітини

Розповідь учителя

Клітини-родоначальники в оновлюючих тканинах тварин та попередники клітин різних тканин у процесі індивідуального розвитку називаються стовбуровими клітинами.

Стовбурові клітини є родоначальними для тканин тварин, що оновлюються: кровотворних та лімфоїдних, епідермісу, покриву травного тракту та деяких інших.

Розмноження та диференціація стовбурових клітин відновлюють утрати спеціалізованих клітин після їхньої природної, вікової або фізіологічної загибелі, а також у аварійних ситуаціях. Стовбурові клітини індивідуальні для кожного типу тканин, але у його межах можуть розвиватися у різних напрямах (тотіпотентні). Наприклад, у кровотворній тканині ссавців із стовбурових клітин утворюються еритроцити, лейкоцити або мегакаріоцити. Стовбурові клітини самопідтримуються, тобто після поділу стовбурової клітини одна з клітин, що утворилась, залишається стовбуровою, а друга — спеціалізується. Завдяки цій властивості стовбурові клітини можуть відновлювати усі функціонуючі елементи тканин. Відкриття стовбурових клітин змінило уявлення вчених про організацію тканин і про механізми відновлювальних процесів.

Історія досліджень стовбурових клітин:

• 1908 р. — початок історії дослідження стовбурових клітин — уперше вжито термін «стовбурова клітина» (О. Максимов).

• 1950-ті — перші експерименти щодо практичного застосування стовбурових клітин.

• 1960-ті — початок науки про стовбурові клітини (А. Фріденштейн, Й. Чертков).

• 1970-ті — уперше вжито термін «ембріональні стовбурові клітини» (Лерой Сті­венс).

• 1981 р. — отримано культуру стовбу­рових клітин миші (М. Еванс, М. Кауфман, Г. Мартін) та створено першу культивовану лінію ембріональних стовбурових клітин лю­дини (Дж. Томсон).

• 1998 р. — уперше виділено ембріональ­ні стовбурові клітини людини (Дж. Томпсон, Дж. Бейкер).

• 1998 р. — перша в світі трансплантація «іменних» стовбурових клітин пуповинної крові.

• 1999 р. — журнал Science визнав відкрит­тя стовбурових клітин третьою за значущістю подією в біології після розшифрування по­двійної спіралі ДНК людини та програми «Ге­ном людини».

У рослин різноманітні клітини утворюються з меристеми. Похідні меристеми — родоначальники тканин рослинного організму (покривна, провідна та інші).

Стовбурові клітини на службі в людства

Перелік захворювань і синдромів, при яких ефективність лікування стовбуровими кліти­нами доведена клінічно:

• Цукровий діабет;

• Цироз печінки;

• Панкреонекроз;

• Критична ішемія кінцівок;

• Системний червоний вовчак;

• Хвороба Альцгеймера;

• Розсіяний склероз;

• Ревматоїдний артрит;

• Остеоартроз;

• Інсульт;

• Кардіоміопатія.

В Україні проходять клінічні випробування лікування стовбуровими клітинами:

• цукрового діабету;

• атеросклерозу судин нижніх кінцівок;

• панкреонекрозу;

• опікової хвороби;

• цирозу печінки.

Кріобанки

У світі існує біля 200 банків для зберігання стовбурових клітин.

Перший кріобанк стовбурових клітин пупо­винної крові в Україні, на базі інституту клі­тинної терапії (м. Київ), був створений у 2003 році.

IV. Узагальнення, систематизація та контроль знань і вмінь учнів

Учитель пропонує учням скласти запитання до біологічного диктанту за матеріалами нового уроку.

Приклади запитань

1) Клітини, які є родоначальниками для тканин тварин, що оновлюються. (Стовбурові клітини.)

2) Спеціалізовані контактні ділянки між тваринними клітинами,які можуть включати філаменти з прокератину. (Десмосоми.)

3) Цитоплазматичні нитки, які поєднують протопласти сусідніх рослинних клітин. (Плазмодесми.)

4) Нестача йонів якого елементу призводить до порушення більшості міжклітинних взаємодій? (Йонів Ca+ +.)

5) Контактна передача нервового імпульсу від однієї нервової клітини до іншої. (Синапс.)

6) Порожнина між двома мембранами клітин, до якої потрапляє хімічна речовина, завдяки якій здійснюється передача нервового імпульсу від однієї клітини до іншої. (Синаптична щілина.)

7) Хімічна речовина, завдяки якій здійснюється передача інформації від однієї нервової клітини до іншої. (Медіатор.)

8) Твірна тканина рослин. (Меристема)

9) Елементарна біологічна система. (Клітина.)

10) Перший кріобанк стовбурових клітин пупо­винної крові в Україні, на базі інституту клі­тинної терапії (м. Київ), був створений у… ( 2003р)

11) В якому році відбулася перша в світі трансплантація «іменних» стовбурових клітин пуповинної крові? ( 1998р)

12) Ким було уперше вжито термін «ембріональні стовбурові клітини»? (Лерой Сті­венс).

V. Самостійна робота учнів

Гра «Ланцюжок»

Учень ставить запитання будь-якому учню класу, той відповідає та ставить запитання іншому і так далі.

VI. Підбиття підсумків уроку

Учні самостійно підбивають підсумки уроку, формулюючи висновки.

VII. Домашнє завдання

Прочитати відповідний параграф підручника, відповісти на запитання наприкінці параграфа + конспект уроку.