KOMÓRKI MACIERZYSTE: RODZAJE, ZASTOSOWANIA I MIEJSCE ICH WYSTĘPOWANIA - NEUROPSYCHOLOGIA - 2025

Komórki macierzyste to rodzaj komórek występujących naturalnie we wszystkich żywych organizmach wielokomórkowych. Charakteryzują się właściwością różnicowania się w dowolny typ komórki i dzielenia się w celu wyprodukowania większej liczby komórek macierzystych.

Ten typ komórki jest bardzo ważny już przed urodzeniem, ponieważ kilka dni po połączeniu dwóch gamet zaczyna się dzielić i namnażać, tworząc komórki macierzyste, które będą się specjalizować i dadzą początek różnym narządom i tkankom ciała zarodka.

Ilustracja komórki macierzystej

Znaczenie komórek macierzystych polega na ich niesamowitym potencjale do rozwoju i tworzenia prawie każdego rodzaju komórek. Ta zdolność może być używana do naprawy i uzupełniania uszkodzonych lub zniszczonych komórek.

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

Czy istnieją komórki macierzyste u dorosłych czy tylko u dzieci?

Komórki macierzyste nadal istnieją u dorosłych osobników, chociaż w mniejszej ilości i mają mniejszy potencjał niż w fazie embrionalnej.

Te komórki macierzyste są obecne w pewnych strukturach, takich jak szpik kostny, mięśnie i mózg; Dzięki nim uszkodzone komórki mogą zostać wymienione, a narządy mogą dalej normalnie funkcjonować.

Jakie mają różnice w stosunku do innych typów komórek?

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

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

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

Te niesamowite właściwości komórek macierzystych zostały po raz pierwszy zbadane zaledwie 35 lat temu, w 1981 r., Kiedy to grupa naukowców odkryła, że ​​można wyodrębnić komórki macierzyste z embrionu myszy.

Dopiero w 1998 r. Badania na myszach można było ekstrapolować na ludzi, kiedy pierwsze komórki macierzyste wyodrębniono z ludzkich embrionów i wyhodowano in vitro w celu zbadania ich funkcji i właściwości. Te komórki macierzyste nazywane są 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 można przeprogramować genetycznie, aby dały początek komórkom macierzystym, które mogą specjalizować się w niektórych typach komórek. Ten typ komórki macierzystej nazywany jest indukowaną pluripotencjalną komórką macierzystą (iPS).

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

Rodzaje komórek macierzystych

Komórki macierzyste można ogólnie podzielić na kategorie według poziomu ich dojrzewania na indukowane embrionalne, płodowe, dorosłe komórki macierzyste oraz indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste.

Ponadto nie wszystkie komórki macierzyste mają taki sam potencjał różnicowania się w dowolny typ komórki. W zależności od rodzaju komórek, w których można różnicować komórki macierzyste, mogą to być:

Totipotent (lub wszechmocny)

Morula, totipotentna komórka. Źródło: Pidalka44 Mogą różnicować się w dowolny typ komórki. Komórki te można znaleźć tylko w moruli (zestawie komórek, który pojawia się po połączeniu dwóch gamet) i teoretycznie w zarodkach, chociaż embrionalne komórki macierzyste nie były jeszcze w stanie rozwinąć się i stworzyć wszystkich typów komórek.

Pluripotentny

Kolonia ludzkich embrionalnych komórek macierzystych. Źródło: domena publiczna

Są kolejnym krokiem dla totipotencjalnych komórek macierzystych i mogą różnicować się w prawie każdy typ komórki. Hodowle komórek embrionalnych i indukowane komórki macierzyste są pluripotencjalne.

Multipotentny

Mikrografia konfokalna komórek prekursorowych GFP-dodatnich (zielone) opuszki węchowej szczura. Źródło: Oleg Tsupykov Mogą różnicować się w wiele różnych komórek, ale tylko te, które należą do grupy powiązanych komórek. Na przykład multipotencjalne komórki serca mogą różnicować się tylko w tkanki tworzące serce. Te komórki można pobrać z płodów.

Oligopotent

Niedojrzałe szpikowe (oligopotencjalne) komórki dendrytyczne Źródło: Josef Neumüller, Sylvia Emanuela Neumüller-Guber, Johannes Huber, Adolf Ellinger i Thomas Wagner Mogą różnicować się w kilka typów komórek, na przykład tworząc tę ​​samą tkankę. Dorosłe komórki macierzyste są oligopotencjalne.

Unipotent

Hematocyty typu hepatolastów płodowych (unipotentne komórki macierzyste). Źródło: Zakład Histologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego. Mogą różnicować się tylko do jednego typu komórek. Te komórki macierzyste różnią się od normalnych komórek dorosłych tym, że zachowują swoje właściwości reprodukcyjne przez długi czas (przed różnicowaniem). Ten typ komórek macierzystych można znaleźć na przykład w niektórych mięśniach.

Embrionalna komórka macierzysta

Embrionalne komórki macierzyste myszy. Źródło: National Science Foundation

Embrionalne komórki macierzyste są pozyskiwane z embrionów. Większość pochodzi z gamet, które zostały zapłodnione in vitro, a nie od naturalnie ciężarnych kobiet. Teoretycznie są totipotentne, to znaczy mogą dać początek dowolnemu typowi komórek, chociaż w tej chwili w laboratorium można hodować tylko niektóre typy komórek.

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

Płodowe komórki macierzyste

Płodowa komórka macierzysta. Źródło: Teixeira, J., Rueda, BR i Pru, JK, Uterine Stem cells (30 września 2008), StemBook, red. Wspólnota badawcza komórek macierzystych, StemBook, doi / 10.3824 / stembook.1.16.1, http://www.stembook.org.

Płodowe komórki macierzyste pozyskuje się z płodów (od 10 tygodnia ciąży). Komórki te można znaleźć w większości tkanek płodu.

Te komórki macierzyste są multipotencjalne, to znaczy mogą różnicować się w pewne typy komórek, które są ze sobą powiązane, na przykład w kilku podobnych tkankach, tworząc ten sam narząd.

Dorosłe komórki macierzyste

Mikrografia dorosłej komórki macierzystej pokazująca typowe cechy ultrastrukturalne. Źródło: Robert M. Hunt, Creative Commons Attribution

W niektórych tkankach dorosłych, takich jak skóra, mięśnie, jelita i szpik kostny, znajdują się dorosłe komórki macierzyste, które mogą namnażać się i różnicować w komórki tej samej tkanki, zastępując martwe lub uszkodzone komórki, więc są one oligopenetami. Dorosłe komórki macierzyste można również znaleźć we krwi pępowinowej.

Na przykład w szpiku kostnym znajdują się komórki macierzyste krwi, które dojrzewają do dojrzałych krwinek (krwinek czerwonych, krwinek białych lub płytek krwi).

Badania nad tymi typami 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.

Potencjał terapeutyczny innych dorosłych komórek macierzystych, takich jak komórki mezenchymalne, które wytwarzają komórki z kości, chrząstki i tłuszczu, jest obecnie badany w leczeniu chorób, takich jak zapalenie stawów.

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste. Źródło: Laboratorium Gepsteina

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

Aby przeprogramować dorosłe komórki, pobiera się je od dorosłych i hoduje na płytce, na której umieszcza się wirusy utworzone w laboratorium z określonymi genami, aby zintegrować się z komórkami i zmodyfikować ich informację genetyczną.

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

Chociaż potrzebne są dalsze badania, komórki iPS są już wykorzystywane do testowania działania niektórych leków, które są w trakcie badań klinicznych i mają być przydatne do przeszczepów w najbliższej przyszłości.

Przeszczepy komórek IPS nie są obecnie wykonywane, ponieważ niektóre badania na zwierzętach doprowadziły do ​​powstania formacji rakowych, prawdopodobnie z powodu techniki zastosowanej do przeprogramowania komórek.

Kultury komórek macierzystych

Blastocysta ma wewnętrznie komórki macierzyste. Źródło: Gnzlndrs

Hodowle komórek macierzystych nie są w 100% skuteczne, są chwile, kiedy komórki nie rosną lub nie dzielą się. Ale kiedy kultura jest skuteczna, pobierane są grupy komórek macierzystych i tworzone są nowe populacje, które będą się dalej dzielić i zaczną różnicować. Komórki macierzyste można zamrażać i przechowywać w dowolnym momencie procesu.

Podczas hodowli komórki macierzyste mogą spontanicznie grupować się i specjalizować w każdym typie tkanki (mięśniowej, nerwowej …). To, że potrafią się specjalizować, świadczy o tym, że komórki są utrzymywane w dobrym stanie, ale w idealnym przypadku proces specjalizacji jest kontrolowany przez naukowców w celu stworzenia określonych populacji komórek.

Aby kontrolować różnicowanie embrionalnych komórek macierzystych, naukowcy modulują skład chemiczny podłoża hodowlanego, kwadratu lub samych komórek, wprowadzając do niego określone geny.

W wyniku wielu badań stworzono protokoły wskazujące, jakie parametry należy zmodyfikować i jak to zrobić, aby stworzyć określone kultury komórkowe.

W chwili obecnej nie przeprowadza się przeszczepów embrionalnych komórek macierzystych u ludzi, ponieważ w niektórych badaniach na zwierzętach zaobserwowano, że mogą one prowadzić do rozwoju raka. Wciąż trwają badania i są one obiecujące dla przyszłych terapii.

Zabiegi na komórkach macierzystych

Obecnie najbardziej zbadanym i praktykowanym zastosowaniem klinicznym komórek macierzystych jest przeszczepianie komórek macierzystych krwi (krwiotwórczych) ze szpiku kostnego lub pępowiny. Stosowane są w leczeniu problemów z krwią i układem odpornościowym, a także w odnowie uszkodzonych komórek po chemioterapii lub radioterapii.

Każdego roku w Europie ponad 26 000 osób poddaje się przeszczepowi hemetapoetycznych komórek macierzystych. Choroby, które obecnie można leczyć przeszczepem to:

Białaczki i chłoniaki

• Ostra białaczka szpikowa.
• Ostra białaczka limfoblastyczna.
• Przewlekła białaczka szpikowa.
• Przewlekła białaczka limfoblastyczna.
• Młodzieńcza białaczka mielomonocytowa.
• Chłoniak Hodgkina.
• Chłoniak nieziarniczy.

Choroby związane ze szpikiem kostnym

• Ciężka niedokrwistość aplastyczna.
• Niedokrwistość Fanconiego.
• Napadowa nocna hemoglobinuria.
• Aplazja czystych krwinek czerwonych.
• Wrodzona trombocytopenia / amegakariocytoza.
• Zespół mieloproliferacyjny i mielodysplastyczny.
• Szpiczak mnogi.

Dziedziczne choroby układu odpornościowego

• Ciężki złożony niedobór odporności.
• Zespół Wiskotta-Aldricha.

Hemoglobinopatie (choroby czerwonych krwinek)

• Major beta talasemia.
• Anemia sierpowata

Dziedziczne choroby metaboliczne

• Choroba Krabbe.
• Zespół Hurlera.
• Adrenoleukodystrophy.
• Leukodystrofia metachromatyczna.

Inne aplikacje

Innym zastosowaniem przeszczepów komórek macierzystych są przeszczepy skóry. Ta aplikacja jest prawdopodobnie najstarsza, odkąd była używana, zanim naprawdę zrozumiano, jak działają komórki macierzyste.

Przeszczepy skóry są zwykle wykonywane tylko w skrajnych przypadkach, gdy dana osoba ma duże obszary skóry uszkodzone, na przykład z powodu ciężkiego oparzenia.

Pierwszy przeszczep skóry został przeprowadzony w 1970 roku i od tego czasu technika została udoskonalona, ​​choć przed nami jeszcze długa droga, ponieważ obecnie przeszczepiona skóra nie jest w stanie wytworzyć pełnych włosów ani gruczołów potowych.

Holoclar

Najnowszym zastosowaniem komórek macierzystych, które zostało zatwierdzone w Europie, jest Holoclar, lek służący do naprawy uszkodzeń rogówki, niezależnie od tego, czy są to rany, czy oparzenia.

Zabieg polega na pobraniu niewielkiej ilości komórek rąbka w dobrym stanie, odpowiedzialnych za naprawę rogówki i wyhodowaniu ich w laboratorium do momentu utworzenia cienkiej warstwy rogówki, którą można przeszczepić do oka pacjenta.

Regeneracja tkanek

W badaniach klinicznych badane są inne możliwe zastosowania komórek macierzystych. Główne zastosowania w badaniach to regeneracja tkanek i narządów, leczenie urazów, leczenie chorób sercowo-naczyniowych oraz leczenie chorób mózgu.

Wykorzystanie komórek macierzystych do regeneracji tkanek i narządów jest prawdopodobnie najbardziej zbadanym zastosowaniem. Jeśli narządy lub tkanki powstają z komórek macierzystych, można je przeszczepić osobom, które ich potrzebują, w rzeczywistości pierwsza nerka z komórkami macierzystymi została już utworzona, a wyniki są obiecujące.

Choroby sercowo-naczyniowe

Zachęcające są również wyniki badań nad wykorzystaniem komórek macierzystych w leczeniu chorób układu krążenia.

W 2013 roku grupa naukowców z Massachusetts General Hospital (Stany Zjednoczone) stworzyła naczynia krwionośne z części ludzkich komórek macierzystych, które zostały wszczepione myszom i działały prawidłowo. Obecnie badania trwają i starają się bezpiecznie zastosować je u ludzi.

Choroby mózgu

Wykorzystanie komórek macierzystych do leczenia chorób mózgu, takich jak choroba Parkinsona czy Alzheimer, jest badane przy użyciu embrionalnych komórek macierzystych ze względu na ich potencjał różnicowania. Wyniki wyglądają obiecująco, chociaż badania są wciąż na bardzo wczesnym etapie.

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

Bibliografia

1. De Luca, M. (1 września 2015). Jakie choroby i dolegliwości można leczyć komórkami macierzystymi? Uzyskane z EuroStemCell.
2. Międzynarodowe Towarzystwo Badań nad Komórkami Macierzystymi, ISSCR. (sf). Rodzaje komórek macierzystych. Pobrane 20 czerwca 2016 r.Z A Closer Look At Stem Cells.
3. Ministerstwo Nauki, Technologii i Innowacji Produkcyjnych Republiki Argentyńskiej. (sf). Pobrane 20 czerwca 2016 r. Z incucai.
4. Narodowy Instytut Zdrowia. (5 marca 2015). Informacje o komórkach macierzystych. Otrzymane z National Institutes of Health.
5. Schöler, HR (2007). Potencjał komórek macierzystych: inwentaryzacja. W N. Knoepffler, D. Schipanski i SL Sorgner, Humanbiotechnology as Social Challenge (s. 28). Wydawnictwo Ashgate.
6. O komórkach macierzystych. (sf). Zabiegi na komórkach macierzystych. Pobrane 20 czerwca 2016 r. Z sobrecélulasmadre.com.
7. Warunki użytkowania Polityka prywatności EEO / Affirmative Action Employer. (sf). Choroby leczone przez przeszczepy. Pobrane 20 czerwca 2016 r. Z Be the match.