Komórki macierzyste: typy, zastosowania i gdzie są

Komórki macierzyste są rodzajem komórek, które występują naturalnie we wszystkich wielokomórkowych istotach żywych i charakteryzują się właściwością różnicowania się w dowolnym typie komórki i dzielenia się, aby wytworzyć więcej komórek macierzystych.

Komórki macierzyste są ważne przed urodzeniem, ponieważ w ciągu kilku dni od połączenia dwie gamety zaczynają się dzielić i namnażać, tworząc wyspecjalizowane komórki macierzyste, które dają początek różnym organom i tkankom ciała zarodka.

Znaczenie komórek macierzystych polega na ich niesamowitym potencjale do rozwoju i tworzenia niemal każdego rodzaju komórki. Ta zdolność może być użyta do naprawy i uzupełnienia uszkodzonych lub zniszczonych komórek.

Obecnie bada się zastosowanie kliniczne komórek macierzystych w wielu chorobach, takich jak choroba Parkinsona, Alzheimera lub niektóre choroby wrodzone. Ponadto istnieją już produkty oparte na komórkach macierzystych, które zaczęły być stosowane na całym świecie w medycynie ortopedycznej.

Komórki macierzyste nadal występują u dorosłych osobników, chociaż w mniejszych ilościach i przy mniejszym potencjale niż w stadium embrionalnym. Te komórki macierzyste są obecne w pewnych strukturach, takich jak szpik kostny, mięśnie i mózg, a dzięki nim uszkodzone komórki mogą zostać wymienione, a narządy nadal funkcjonują normalnie.

Ogólnie można powiedzieć, że komórki macierzyste mają trzy główne właściwości, które odróżniają je od reszty komórek:

• Mogą się rozmnażać przez długi czas.
• Nie są wyspecjalizowane.
• Mogą specjalizować się w każdym typie komórki.

Te właściwości sprawiają, że są potencjalnie korzystne w leczeniu niektórych chorób spowodowanych zużyciem lub degeneracją niektórych komórek, takich jak choroby neurodegeneracyjne.

Te niesamowite właściwości komórek macierzystych zostały zbadane po raz pierwszy zaledwie 35 lat temu, w 1981 r., Kiedy grupa naukowców odkryła, że ​​możliwe jest wyodrębnienie komórek macierzystych z embrionu myszy.

Dopiero w 1998 roku badania na myszach mogły być ekstrapolowane na ludzi, kiedy pierwsze ludzkie embrionalne komórki macierzyste zostały wyekstrahowane i hodowane in vitro w celu zbadania ich funkcjonowania i właściwości. Te komórki macierzyste są nazywane embrionalnymi komórkami macierzystymi.

W 2006 r. Nastąpił kolejny kamień milowy w historii badań nad komórkami macierzystymi, grupa naukowców odkryła, w jaki sposób niektóre dorosłe komórki mogą zostać przeprogramowane genetycznie, aby powstały komórki macierzyste, które mogą specjalizować się w niektórych typach komórek. Ten typ komórek macierzystych nazywany jest indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi (iPS).

Chociaż w ciągu tych 35 lat poczyniono znaczne postępy w badaniach nad komórkami macierzystymi, nadal potrzebne są dalsze badania, aby lepiej je poznać i móc wykorzystać je w tworzeniu nowych terapii i w badaniu normatywnego rozwoju człowieka.

Rodzaje komórek macierzystych

Komórki macierzyste można ogólnie podzielić na kategorie w zależności od poziomu ich dojrzewania w embrionalnych, płodowych, dorosłych komórkach macierzystych i indukowanych pluripotencjalnych komórkach macierzystych.

Ponadto nie wszystkie komórki macierzyste mają taki sam potencjał do różnicowania się w każdym typie komórki. W zależności od rodzaju komórek, w których można odróżnić komórki macierzyste, można:

• Totipotentny (lub wszechmocny), jeśli można je odróżnić w dowolnym typie komórki. Komórki te można znaleźć tylko w moruli (zbiorze komórek, które występują po połączeniu dwóch gamet) i teoretycznie w zarodkach, chociaż nie było jeszcze możliwe, aby embrionalne komórki macierzyste rozwijały się i tworzyły wszystkie typy komórek.

• Pluripotencjalne, są kolejnym krokiem totipotentnych komórek macierzystych i mogą być różnicowane w niemal każdym rodzaju komórek. Zarodkowe hodowle komórkowe i indukowane komórki macierzyste są pluripotencjalne.

• Multipotent, jeśli można je rozróżnić w wielu różnych komórkach, ale tylko w tych, które należą do grupy powiązanych komórek. Na przykład, multipotencjalne komórki serca można różnicować tylko w tkankach, które tworzą wspomniany narząd. Komórki te można wyodrębnić z płodów.

• Oligopotenty, jeśli można je rozróżnić w kilku typach komórek, na przykład w celu utworzenia tej samej tkanki. Dorosłe komórki macierzyste są oligopotencjalne.

• Unipotent, jeśli potrafią odróżnić tylko jeden typ komórek. Te komórki macierzyste różnią się od normalnych dorosłych komórek tym, że zachowują swoje właściwości reprodukcyjne przez długi okres czasu (przed różnicowaniem). Ten rodzaj komórek macierzystych można znaleźć na przykład w niektórych mięśniach.

Zarodkowe komórki macierzyste

Zarodkowe komórki macierzyste są ekstrahowane z zarodków. Większość pochodzi z gamet, które zostały zapłodnione in vitro, a nie naturalnie od kobiet w ciąży. Teoretycznie są one totipotentne, to znaczy mogą powodować powstawanie komórek dowolnego typu, chociaż w laboratorium w tej chwili można hodować tylko niektóre typy komórek.

Po usunięciu komórek macierzystych wykonuje się hodowlę, w której komórki i materiał odżywczy (pożywka hodowlana) wprowadza się do naczynia laboratoryjnego. W hodowli komórki rosną i zaczynają się dzielić, tworząc cienką warstwę, która rozciąga się na całej powierzchni płytki.

Kultury komórek macierzystych nie są w 100% skuteczne, zdarzają się sytuacje, w których komórki nie rosną ani nie dzielą się. Ale kiedy uprawa jest skuteczna, pobierane są grupy komórek macierzystych i tworzone są nowe populacje, które będą nadal dzielić się i zacząć różnicować. Komórki macierzyste można zamrażać i przechowywać w dowolnym momencie podczas procesu.

Podczas hodowli komórki macierzyste można grupować i spontanicznie wyspecjalizować w każdym typie tkanki (mięśniowej, nerwowej ...). Możliwość specjalizacji to znak, że komórki są zachowane w dobrym stanie, ale najlepiej, aby proces specjalizacji był kontrolowany przez naukowców w celu stworzenia specyficznych populacji komórek.

Aby kontrolować różnicowanie embrionalnych komórek macierzystych, naukowcy modulują skład chemiczny pożywki hodowlanej, kwadrat lub same komórki, wstawiając określone geny.

Dzięki wielu badaniom stworzono protokoły, które wskazują, które parametry należy zmodyfikować i jak to zrobić, aby stworzyć określone kultury komórkowe.

W chwili obecnej przeszczepy zarodkowych komórek macierzystych nie są wykonywane u ludzi, ponieważ w niektórych badaniach na zwierzętach zaobserwowano, że mogą one prowadzić do rozwoju nowotworów. Mimo to badania trwają i są bardzo obiecujące dla przyszłych metod leczenia.

Płodowe komórki macierzyste

Jak sugeruje jego nazwa, płodowe komórki macierzyste uzyskuje się od płodów (od 10 tygodnia ciąży). Komórki te można znaleźć w większości tkanek płodu.

Te komórki macierzyste są multipotencjalne, to znaczy mogą różnicować się w niektóre typy komórek, które są powiązane, na przykład, z kilkoma podobnymi tkankami, tworząc ten sam narząd.

Dorosłe komórki macierzyste

W niektórych tkankach dorosłych, takich jak skóra, mięśnie, jelita i szpik kostny, istnieją dorosłe komórki macierzyste, które mogą namnażać się i różnicować w komórki w tej samej tkance, aby zastąpić martwe lub uszkodzone komórki, więc są oligopetentne. Dorosłe komórki macierzyste można również znaleźć w krwi pępowinowej.

Na przykład w szpiku kostnym znajdują się komórki macierzyste krwi, które dojrzewają w dojrzałe krwinki (czerwone krwinki, białe krwinki lub płytki krwi).

Badania tego typu komórek są bardzo zaawansowane, a przeszczepy dorosłych komórek macierzystych ze szpiku kostnego lub krwi pępowinowej są obecnie wykonywane w celu leczenia chorób krwi, takich jak zespoły mielodysplastyczne i mieloproliferacyjne.

Terapeutyczny potencjał innych dorosłych komórek macierzystych, takich jak komórki mezenchymalne, które produkują komórki kości, chrząstki i tkanki tłuszczowej w leczeniu chorób takich jak zapalenie stawów, jest obecnie przedmiotem badań.

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) są już wyspecjalizowanymi dorosłymi komórkami (np. Komórkami skóry), które zostały genetycznie przeprogramowane in vitro, aby mieć właściwości embrionalnych komórek macierzystych.

Aby przeprogramować dorosłe komórki, są one ekstrahowane z dorosłych i hodowane na płytce, gdzie wirusy utworzone w laboratorium są wstawiane wraz ze specyficznymi genami, tak że integrują się z komórkami i modyfikują ich informacje genetyczne.

Chociaż komórki iPS i komórki embrionalne mają wiele wspólnych cech, nie są całkowicie równe, różnice te są obecnie badane, a także nowe procedury tworzenia iPS.

Chociaż potrzebne są dalsze badania, komórki iPS są już wykorzystywane do testowania wpływu niektórych leków znalezionych w badaniach klinicznych, aw niedalekiej przyszłości oczekuje się, że będą przydatne do przeszczepów.

Obecnie przeszczepy komórek iPS nie są wykonywane, ponieważ niektóre badania na zwierzętach doprowadziły do ​​powstania formacji nowotworowych, prawdopodobnie z powodu techniki stosowanej do przeprogramowania komórek.

Zabiegi z komórkami macierzystymi

Obecnie klinicznym zastosowaniem komórek macierzystych najbardziej badanych i stosowanych w praktyce jest przeszczep komórek macierzystych krwi (krwiotwórczych) ze szpiku kostnego lub pępowiny. Są one stosowane w leczeniu problemów z krwią i układem odpornościowym, a także w celu odnowienia uszkodzonych komórek po leczeniu chemioterapią lub radioterapią.

Każdego roku ponad 26 000 osób jest leczonych w Europie przeszczepem hemetapoetycznych komórek macierzystych każdego roku. Choroby, które można obecnie leczyć przeszczepem to:

• Białaczki i linformy, takie jak:
  • Ostra białaczka szpikowa.
  • Ostra białaczka limfoblastyczna.
  • Przewlekła białaczka szpikowa
  • Przewlekła białaczka limfoblastyczna.
  • Młodzieńcza białaczka mielomonocytowa.
  • Chłoniak Hodgkina.
  • Chłoniak nieziarniczy.
• Choroby związane ze szpikiem kostnym, takie jak:
  • Ciężka niedokrwistość aplastyczna.
  • Niedokrwistość Fanconiego.
  • Napadowa hemoglobinuria nocna.
  • Aplazja czystych czerwonych krwinek.
  • Wrodzona małopłytkowość / amegakariocytoza.
  • Zespół mieloproliferacyjny i mielodysplastyczny.
  • Szpiczak mnogi
• Dziedziczne choroby układu odpornościowego, takie jak:
  • Ciężki złożony niedobór odporności.
  • Zespół Wiskotta-Aldricha.
• Hemoglobinopatie (choroby czerwonych krwinek), takie jak:
  • Beta talasemia główna.
  • Choroba sierpowata
• Dziedziczne choroby metaboliczne, takie jak:
  • Choroba Krabbe
  • Zespół Hurlera.
  • Adrenoleukodystrofia.
  • Leukodystrofia metachromatyczna.
• Inne stany i nowotwory.

Innym zastosowaniem przeszczepów komórek macierzystych są przeszczepy skóry. Ta aplikacja jest prawdopodobnie najstarsza, ponieważ została użyta, zanim naprawdę zrozumiała, jak działają komórki macierzyste.

Przeszczepy skóry są zwykle wykonywane tylko w ekstremalnych przypadkach, w których osoba uszkodziła duże obszary skóry, na przykład przez poważne oparzenia.

Pierwszy przeszczep skóry wykonano w 1970 r. I od tego czasu technika jest doskonalona, ​​chociaż nadal pozostaje wiele do zrobienia, ponieważ obecnie przeszczepiona skóra nie jest w stanie rozwinąć fulículos lub gruczołów potowych.

Ostatnim zastosowaniem komórek macierzystych, które zostało zatwierdzone w Europie, jest Holoclar, leczenie mające na celu naprawienie szkód, które mogła ponieść rogówka, niezależnie od tego, czy są to rany czy oparzenia.

Procedura polega na usunięciu niewielkiej części komórek rąbkowych w dobrym stanie, odpowiedzialnych za naprawę rogówki, i hodowanie ich w laboratorium, aż utworzą cienką warstwę rogową, którą można przeszczepić do oka pacjenta.

Inne możliwe zastosowania komórek macierzystych są badane w badaniach klinicznych. Głównymi zastosowaniami w badaniach są regeneracja tkanek i narządów, leczenie chorób układu krążenia i leczenie chorób mózgu.

Wykorzystanie komórek macierzystych do regeneracji tkanek i narządów jest prawdopodobnie ich najbardziej badanym zastosowaniem. Jeśli narządy lub tkanki są tworzone z komórek macierzystych, można je przeszczepić ludziom, którzy ich potrzebują, w rzeczywistości pierwsza nerka z komórkami macierzystymi została już stworzona, a wyniki są obiecujące.

Wyniki uzyskane w badaniach nad wykorzystaniem komórek macierzystych w leczeniu chorób sercowo-naczyniowych są również bardzo zachęcające.

W 2013 r. Grupa naukowców z Massachusetts General Hospital (Stany Zjednoczone) stworzyła naczynia krwionośne do części ludzkich komórek macierzystych, które zostały wszczepione myszom i funkcjonowały prawidłowo. Obecnie trwają badania i starają się je stosować bez ryzyka dla ludzi.

Wykorzystanie komórek macierzystych do leczenia chorób mózgu, takich jak choroba Parkinsona lub Alzheimera, jest badane z wykorzystaniem embrionalnych komórek macierzystych ze względu na ich potencjał różnicowania. Wyniki wydają się obiecujące, chociaż badania są wciąż na bardzo wczesnym etapie.

Badania komórek macierzystych są nie tylko prowadzone w celu leczenia chorób, ale także w celu poznania normalnego rozwoju zdrowych komórek i lepszego zrozumienia niektórych procesów, takich jak podział komórek i różnicowanie.