Komórki macierzyste

Dwie kolonie ludzkichzarodkowych komórek macierzystychwidziane pod mikroskopem z kontrastem fazowym

Komórki macierzyste–komórkimające jednocześnie dwie zdolności:

• potencjalnie nieograniczonej liczbypodziałów(samoodnawiania swojej puli, czyliproliferacji)
• różnicowania się w komórki innych typów.

Podział

Ze względu na zdolność do różnicowania komórki macierzyste dzieli się na:

• totipotencjalne– mogą różnicować się w komórki każdego typu, występują w zygocie i mogą stworzyć cały organizm (tworzą listki zarodkowe)
• pluripotencjalne– mogą różnicować się w każdy typ komórek dorosłego organizmu (różnicują się w obrębie listków zarodkowych)
• multipotencjalne– mogą dać początek kilku różnym typom komórek, z reguły o podobnych właściwościach
• unipotencjalne– mogą dać początek komórkom tylko jednego typu.

Ze względu na ich pochodzenie komórki macierzyste dzieli się na:

• zarodkowe komórki macierzyste(ESC) – pochodzą z komórekzarodka.Mogą być totipotencjalne (gdy pochodzą z zarodka kilkukomórkowego) lub pluripotencjalne (gdy pochodzą zwęzła zarodkowegoblastocysty)
• płodowe – są multipotencjalne
• dorosłe komórki macierzyste(somatyczne komórki macierzyste) – znajdują się w tkankach dojrzałych organizmów (młodych oraz dorosłych) i są multipotencjalne (między innymi komórkikrwiotwórcze) lub unipotencjalne (na przykładmięśniowe komórki satelitowe).

U roślin naczyniowych właściwości komórek macierzystych mają komórkimerystemów.

Zastosowania

Zarodkowe komórki macierzyste, mogące potencjalnie zróżnicować się w komórki każdego rodzaju, teoretycznie mogłyby zastąpić dowolną tkankę, która u pacjenta uległa uszkodzeniu. Niemniej jednak do praktycznego stosowania zarodkowych komórek macierzystych jest jeszcze bardzo daleko. Wprowadzone do dorosłego organizmu ESC, zamiast integrować się, tworząpotworniaki.Nie istnieją jeszcze sposoby pozwalające na ich wydajne różnicowaniein vitrow konkretne tkanki lub narządy. W 2002 rokuThomas Jessell,Hynek Wichterlei ich współpracownicy zUniwersytetu Columbiaopublikowali wCellwyniki badań, w których uzyskanomotoneuronyz komórek macierzystych.

Dorosłe komórki macierzyste, chociaż posiadają ograniczoną zdolność różnicowania się w różne tkanki, wykazują cechy dające im przewagę nad komórkami zarodkowymi przy stosowaniu w terapii. Po pierwsze nie tworzą potworniaków. Po drugie mogą być pobrane z własnego organizmu pacjenta, dzięki czemu nie istnieje ryzyko ich odrzucenia (co mogłoby mieć miejsce po podaniu ESC). Poza tym pozyskanie dorosłych komórek macierzystych nie wiąże się ze zniszczeniem zarodka, nie wywołuje zatem wątpliwości natury etycznej. Dorosłych komórek macierzystych niejednokrotnie użyto już do skutecznej terapii wielu różnych chorób, a związane z nimi badania kliniczne sięgają już III fazyeksperymentów klinicznych.

Komórki macierzyste hodowane wkulturachin vitromają zastosowanie w produkcjiorganizmów transgenicznych.Z ludzkimi komórkami macierzystymi wiąże się duże nadzieje na rozwójterapii komórkowejimedycyny regeneracyjnej.Przy pomocy ESC i somatycznych komórek macierzystych najprawdopodobniej uleczalne będą:nowotwory złośliwe,cukrzyca typu 1,choroba Parkinsona,pląsawica Huntingtona,celiakia,niewydolność serca,uszkodzenia mięśni i wiele innych chorób.

Jednymi z pierwszych badaczy komórek macierzystych byliJames Alexander Thomsoni współpracownicy zUniversity of Wisconsin-Madison.

Po 2005 roku

W roku 2006 zespółMariusza Ratajczakaogłosił odkrycie komórek o cechach zarodkowych komórek macierzystych (ang.very small embryonic-like stem cells,VSEL) w tkankach dorosłego organizmu.Unikatowy charakter tych komórek ma łączyć pluripotencjalny potencjał ESC oraz brak właściwości onkogennych.Istnienie oraz właściwości VSEL budzą kontrowersje, ze względu na niemożność powtórzenia badań przez część ośrodków badawczych.

W sierpniu 2006 roku w czasopiśmieNatureukazała się praca donosząca o wyhodowaniu 2 linii ESC, bez zniszczenia zarodka.Technika polega na pobraniu, w bardzo wczesnym etapie jego rozwoju, jednej komórki i jej namnożeniu poza organizmem. Procedura ta przypomina techniki wykorzystywane w trakciezapłodnienia pozaustrojowego,kiedy również pobiera się pojedyncze komórki do badań genetycznych, wykonywanych przedimplantacjązarodka.

W tym samym czasieShin’yi Yamanakiemuudało się odróżnicować mysie komórki somatyczne do komórek wykazujących cechy komórek zarodkowych w hodowliin vitro,oraz tworzących potworniakiin vivo,jednak niezdolnych do podjęciaembriogenezy.Efekt ten osiągnięto przez transfer genów zarodkowychczynników transkrypcyjnychdo komórek somatycznych,jako rodzajterapii genowej.

W 2007 roku udało się po raz pierwszy uzyskać ludzkie linie komórek macierzystych z niezapłodnionychoocytów.Linie te przekształcono później w komórki wątroby, a planuje się także wyhodowanie, między innymi, neuronów i komórek trzustki.

W czerwcu 2007 poprzez transfer genu kodującego inny czynnik transkrypcyjny komórek zarodkowych (o nazwieNanog) udało się odróżnicować fibroblasty do komórek pluripotencjalnych, które nie tylko posiadały cechy ESC w hodowliin vitro,ale były w stanie podjąć embriogenezę po wprowadzeniu ich do rozwijającego się zarodka. Wyniki te zostały niezależnie opublikowane przez trzy zespoły badawcze – dwie publikacje ukazały się wNature.

Za pomocąindukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystychwyleczono myszy zanemii sierpowateji zregenerowano mysią wątrobę. AmerykańskaAgencja Żywności i Lekównadzorowała kilkaset prób klinicznych z somatycznymi komórkami macierzystymi.

W styczniu 2010 roku wNatureopublikowano pracę o bezpośrednim (bez cofnięcia komórek do stanu komórek macierzystych) wytworzeniu sprawnych neuronów z mysichfibroblastów,wprowadzając do nich trzy geny. W sierpniu 2011 udało się to także z ludzkimi komórkami. Przekształcono także mysie fibroblasty w komórki wątroby i mięśnia sercowego oraz ludzkie fibroblasty wkomórki krwiotwórcze.Procesy te miały wydajność wynoszącą 8%, a przy wywoływaniu indukowanej pluripotencji komórek macierzystych przeważnie nie jest ona wyższa niż kilka promili.

W 2010 roku zaczęła się pierwsza próba kliniczna wykorzystująca ESC do ograniczenia paraliżu wywołanego urazemrdzenia kręgowego.Opracowano też ukierunkowanątransdyferencjację(zmianę rodzaju komórki bezindukowanej pluripotencji).

W lipcu 2011 roku wScienceogłoszono zidentyfikowanie markerów ułatwiających znalezienie komórek macierzystych krwi (pierwotnych komórekhematopoezy).

W ciągu tego samego miesiąca sąd federalny w Stanach Zjednoczonych orzekł, że legalne są tylko finansowane ze środków prywatnych doświadczenia z istniejącymi już liniami zarodkowymi komórek macierzystych. Takie zrównanie pod względem prawnym aktywowanych partenogenetycznie oocytów z zarodkami opóźni badania nad tymi pierwszymi.

W październiku 2011 roku uzyskano pierwsze ludzkie komórki macierzyste ze sklonowanego ludzkiego zarodka.

Również w tym miesiącuTrybunał Sprawiedliwości Unii Europejskiejzakazał patentowania metody pozyskiwania ESC, jeśli prowadzi ona do śmierci zarodka. Sprawa dotyczyła sporuGreenpeacezOliverem Brüstlemo unieważnienie jego patentu z 1997 roku. Istnieją głosy, że wyrok ten zahamuje badania nad ESC w Europie.

W styczniu 2012 roku południowokoreańska Agencja Żywności i Leków jako pierwsza na świecie dopuściła do obrotu lek z ludzkimi komórkami macierzystymi.

W lutym 2012 roku odkryto, że komórkiraka piersipo poddaniu ichradioterapiiprzekształciły się w nowotworowe komórki macierzyste, które były od nich bardziej odporne i złośliwe.

W marcu 2012 roku wszczepiono komórki macierzyste osobom po transplantacji nerek. Nie potrzebowały one leków, które normalnie podaje się po tej operacji.

W styczniu 2014 ogłoszono wyniki pracy zespołu japońskich i amerykańskich naukowców pod kierownictwemHaruko Obokaty,którzy uzyskali pełnowartościowe komórki macierzyste myszy poprzez umieszczenie komórek skóry lub krwi w kwaśnym roztworze. Proces ten nazwano STAP (ang.stimulus-triggered acquisition of pluripotency); polega on na cofaniu się komórek do stadium, w którym nabrały cech zarodkowych komórek macierzystych.W lipcu 2014 roku wNaturepoinformowano, że w artykułach dotyczących STAP odkryto istotne uchybienia, w wyniku czego dwa artykuły opublikowane pod kierownictwem Haruko Obokaty zostały wycofane z czasopisma.

Zobacz też

• inżynieria tkankowa

Przypisy

Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.