Dorosłe komórki macierzyste – czym są?
  • Opublikowano:

    13 lutego 2019

  • Komentarze:

    1

Badania nad dorosłymi komórkami macierzystymi wywołują wiele kontrowersji. Okazało się, że można je znaleźć w znacznie większej ilości tkanek, niż pierwotnie sądzono. Skłoniło to naukowców do zastanowienia się, czy mogłyby zostać one użyte do przeszczepów?

Krwiotwórcze komórki macierzyste ze szpiku stosuje się do przeszczepów od ponad 40 lat. Naukowcy dysponują dowodami na to, że dorosłe komórki macierzyste istnieją również w mózgu i sercu – w których do tej pory nie spodziewano się ich znaleźć. Jeśli ich przekształcanie w inne komórki będzie możliwe w warunkach laboratoryjnych, będą mogły stać się podstawą terapii opartych na transplantacji.

Czym są dorosłe komórki macierzyste?

Uważa się, że dorosła komórka macierzysta to nieprzekształcona komórka, która występuje wśród komórek znajdujących się w tkance lub narządzie.

Komórka ta może się przekształcić w inną, dzięki czemu jest w stanie zastąpić wyspecjalizowane typy komórek tkanki lub narządu. Podstawową rolą dorosłych komórek macierzystych w żywym organizmie jest więc utrzymanie i naprawa tkanek które zasiedlają.

Naukowcy określają również dorosłe komórki macierzyste mianem somatycznych. Termin ten odnosi się do komórek występujących w tkankach ciała (w odróżnieniu od komórek zarodkowych: plemników i jajeczek). W przeciwieństwie do zarodkowych komórek macierzystych, w niektórych tkankach ciała pochodzenie dorosłych komórek macierzystych jest nadal nieznane.

Historia badań nad dorosłymi komórkami macierzystymi sięga lat 50. XX wieku. Wtedy to naukowcy odkryli, że szpik kostny zawiera przynajmniej dwa rodzaje komórek macierzystych. Pierwszym rodzajem były krwiotwórcze komórki macierzyste, które tworzą wszystkie typy komórek krwi w ciele. Drugim – macierzyste komórki zrębu szpiku kostnego, które zostały odkryte kilka lat później. Stanowią one niewielką część populacji komórek zrębowych w szpiku kostnym. Mogą wytwarzać komórki kości, chrząstki i tkanki tłuszczowej, wspierające tworzenie krwi i włóknistej tkanki łącznej.

W latach 60., naukowcy w badaniach na szczurach odkryli dwa obszary mózgu, w których znajdowały się dzielące się komórki. To z nich ostatecznie powstają komórki nerwowe. Większość badaczy uważała jednak, że dorosły mózg nie był w stanie wytworzyć nowych komórek tego typu. Dopiero w latach 90. naukowcy zgodzili się co do tego, że mózg osoby dorosłej zawiera komórki macierzyste, zdolne do wytworzenia trzech głównych typów komórek mózgu: neuronów oraz astrocytów i oligodendrocytów, które są komórkami nieneuronalnymi.

Do czego się przydają?

Do tej pory dorosłe komórki macierzyste znaleziono w wielu narządach i tkankach, w tym: mózgu, szpiku kostnym, krwi obwodowej, naczyniach krwionośnych, mięśniach szkieletowych, skórze, zębach, sercu, jelitach, wątrobie, nabłonku jajników i jądrach. Uważa się, że znajdują się w określonych obszarach każdej tkanki (jest to tzw. nisza komórek macierzystych).

Obecnie dowody sugerują, że niektóre typy komórek macierzystych to perycyty – tworzące zewnętrzną warstwę małych naczyń krwionośnych.

Komórki macierzyste mogą pozostać w stanie spoczynku przez długi czas. Proces podziału aktywowany zostaje przez zapotrzebowanie na więcej komórek, by utrzymać lub naprawić uszkodzone tkanki i narządy.

Zazwyczaj ilość komórek macierzystych w tkankach jest niewielka. Po ich usunięciu z organizmu, zdolność do dzielenia staje się ograniczona. To utrudnia wytwarzanie dużych ilości komórek. Zespoły naukowców próbują znaleźć lepsze sposoby na to, by możliwe było hodowanie dużych ilości dorosłych komórek macierzystych. Trwają również prace nad opracowaniem sposobów ich modyfikacji, by generować określone typy komórek. Działania takie pozwolą wykorzystać je do leczenia chorób i urazów.

Komórki macierzyste można zastosować np. w celu wyhodowania komórek produkujących insulinę – w terapii pacjentów z cukrzycą typu 1, czy naprawdę uszkodzonego mięśnia sercowego, po przebytym zawale.

W jaki sposób identyfikuje się dorosłe komórki macierzyste?

Naukowcy często wykorzystują jedną lub więcej z następujących metod, by zidentyfikować dorosłe komórki macierzyste:

  • znakowanie komórki w żywej tkance za pomocą markerów molekularnych, a następnie określenie wyspecjalizowanych typów, które generują,
  • usunięcie komórki z żywego zwierzęcia, oznaczenie w hodowli komórkowej i przyniesienie do innego zwierzęcia, by ustalić, czy komórki zaludnią ponownie (zastąpią) tkankę swojego pochodzenia.

Co ważne, naukowcy muszą wykazać, że pojedyncza dorosła komórka macierzysta może wytworzyć linię genetycznie identycznych komórek. Daje to początek wszystkim, odpowiednim zróżnicowanym typom komórek tkanki. By potwierdzić w przebiegu eksperymentu, że domniemane dorosłe komórki macierzyste są nimi w rzeczywistości, naukowcy wykazują ich właściwości do wytwarzania identycznych genetycznie komórek w hodowli. Sprawdzają również, czy oczyszczona populacja tych komórek macierzystych, może ponownie zaludnić bądź zreformować tkankę po przeszczepieniu do zwierzęcia.

Co wiadomo dziś na temat ich przekształcania?

U żywych zwierząt, dorosłe komórki macierzyste zachowują zdolność do podziału przez długi czas. Aktywują się kiedy jest to konieczne i mogą stworzyć dojrzałe typy komórek, o charakterystycznych kształtach oraz wyspecjalizowanych strukturach i funkcjach konkretnych tkanek.

Jakie są możliwe przekształcenia dorosłych komórek macierzystych, które zostały wykazane in vitro lub in vivo?

  • krwiotwórcze komórki macierzyste, które dają początek wszystkim typom komórek krwi: krwinkom czerwonym, limfocytom B, limfocytom T, komórkom NK, neutrofilom, bazofilom, eozynofilom, monocytom i makrofagom.
  • Mezenchymalne komórki macierzyste, występujące w wielu tkankach. Te pochodzące ze szpiku kostnego (komórki macierzyste zrębu szpiku kostnego, szkieletowe komórki macierzyste) dają początek m.in.: komórkom kostnym (osteoblastom i osteocytom), komórkom chrzęstnym (chondrocytom), komórkom tłuszczowym (adipocytom) i komórkom zrębowym, które wspierają formowanie się krwi. Nie jest jeszcze jasne, jakie są podobieństwa i różnice między komórkami mezenchymalnymi pochodzącymi ze szpiku, a tymi z innych źródeł.
  • Nerwowe komórki macierzyste w mózgu, pozwalają na powstawanie trzech głównych typów komórek: neuronów oraz dwóch nieneuronalnych – astrocytów i oligodendrocytów.
  • Nabłonkowe komórki macierzyste w nabłonku przewodu pokarmowego dają początek m.in. komórkom: chłonnym, kubkowym, komórkom Panetha, enteroendokrynowym.
  • Komórki macierzyste skóry znajdują się w warstwie podstawnej naskórka oraz u podstawy mieszków włosowych. Tworzą keratynocyty, migrujące na powierzchnię skóry i tworzące warstwę ochronną. Komórki macierzyste mieszków włosowych mogą dawać początek zarówno mieszkom, jak i naskórkowi.

Jak wykazało wiele eksperymentów, niektóre typy dorosłych komórek macierzystych mogą przekształcać się w typy komórek, obserwowane w nietypowych organach lub tkankach. Na przykład komórki macierzyste mózgu różnicujące się w komórki krwi lub tworzące krew, itd. Zjawisko to nazywane jest transdyferencjacją.

Choć zaobserwowano pojedyncze przypadki u niektórych kręgowców, jego występowanie u ludzi jest wciąż przedmiotem dyskusji. Zamiast niego, odnotowane przypadki mogą obejmować fuzję komórki dawcy, z komórką biorcy.

Inną możliwością jest przeszczepienie komórek macierzystych, które rozpoczną stymulację własnych komórek macierzystych do rozpoczęcia procesu naprawy. Nawet przy zaobserwowaniu transdyferencjacji okazało się, że zaledwie niewielki procent komórek ulega temu procesowi.

Naukowcy wykazali w różnych eksperymentach, że niektóre typy dorosłych komórek mogą zostać „przeprogramowane” na inne typy komórek in vivo, przy użyciu dobrze kontrolowanego procesu modyfikacji genetycznej. Dzięki niej zyskać można komórki, które zostały zniszczone lub uszkodzone w wyniku choroby.

Jeden z ostatnich eksperymentów wykazał, w jaki sposób trzustkowe komórki beta (produkujące insulinę) – utracone lub uszkodzone w wyniku cukrzycy – mogły zostać stworzone właśnie dzięki przeprogramowaniu innych komórek trzustki. Naukowcy modyfikowali ekspresję trzech krytycznych genów u dorosłych pacjentów. Dzięki temu możliwe było stworzenie komórek beta-podobnych, mogących wydzielać insulinę. Przeprogramowane komórki były podobne pod względem wyglądu, wielkości i kształtu. Były również w stanie częściowo przywrócić funkcję regulowania poziomu glukozy we krwi u myszy, których własne komórki beta zostały chemicznie zniszczone.

Choć nie jest to transdyferencjacja sensu stricte, ten sposób modyfikacji komórek dorosłych może zostać wykorzystany jako sposób bezpośredniego przeprogramowania innych typów dorosłych komórek.

Ale to nie wszystko. Możliwe jest dziś również przeprogramowanie dojrzałych komórek somatycznych, by spełniły funkcje embrionalnych komórek macierzystych, poprzez wprowadzenie embrionalnych genów. Dzięki temu możliwe jest wygenerowanie źródła komórek specyficznych dla dawcy. Pozwala to zwiększyć szansę na zgodność, jeśli komórki te zostaną wykorzystane do regeneracji tkanek. Wciąż bada się jednak metody, dzięki którym mogą zostać one w pełni wykorzystane, a także w odtwarzalny sposób wykorzystane w odpowiednich liniach komórkowych.

Wpływ normobarii na ilość komórek macierzystych

Utrzymanie odpowiedniego poziomu komórek macierzystych w organizmie jest konieczne aby regenerować i odnawiać uszkodzone tkanki. Obecnie istnieje możliwość stymulacji naszego ciała tak aby ilość dorosłych komórek macierzystych się powiększyła. Dzięki przebywaniu w normobarii, czyli atmosferze zawierającej więcej tlenu, dwutlenku węgla, komórkowy wodór i większe ciśnienie ilość komórek macierzystych (sprawdzanych w badaniu CD34+) może zwiększyć się nawet do 150% górnej granicy normy.

Dowiedz się więcej o normobarii >

Słowo na koniec

Temat komórek macierzystych wciąż budzi wiele emocji. Mimo poszerzającej się wiedzy na ich temat, wciąż pozostaje wiele pytań dotyczących ich zastosowania.

  • Ile rodzajów dorosłych komórek macierzystych istnieje?
  • W jakich tkankach znajdują się te komórki?
  • W jaki sposób dorosłe komórki macierzyste ewoluują w trakcie rozwoju?
  • Jak utrzymywane są u dorosłych?
  • Czy są one pozostałościami embrionalnych komórek macierzystych, czy powstają w inny sposób?
  • Dlaczego komórki macierzyste pozostają w niezróżnicowanym stanie, choć wszystkie inne wokół nich różnią się?
  • Czy dorosłe komórki macierzyste mają zdolność transdyferencjacji?
  • Czy możliwe jest kontrolowanie tego procesu, by usprawnić jego działanie?
  • Jakie są mechanizmy korzystnego wpływu przeszczepu dorosłych komórek macierzystych?
  • Czy wymagany jest kontakt komórek dawcy i biorcy, wydzielanie czynników przez komórki, bądź jedno i drugie?
  • Jakie są czynniki kontrolujące proliferację i różnicowanie dorosłych komórek macierzystych?
  • Jakie są czynniki które stymulują komórki macierzyste do przeniesienia się na miejsce urazu lub uszkodzenia? Jak można ten proces ulepszyć?

Źródło:

https://stemcells.nih.gov/info/basics/4.htm

Opracowała Ewa Wysocka

1 komentarz
Andrzej

2019-02-22 23:03:15 Odpowiedz

Brawo! Ważny artykuł. Temat znaczenia komórek macierzystych w naszym życiu powinien być nagłaśniany. Także fakt że możemy je namnażać, bez udziału specjalistów, nas w ten sposób „ratujących”. Najważniejsze jest jednak przesłanie, że bez naszego świadomego działania nie możemy już, w dzisiejszym świecie liczyć na tzw. „fuksa”. Statystyki są nieubłagane. Normobaria, swoim działaniem oferuje nam szansę na lepsze jutro.

Napisz komentarz