Co to są komórki macierzyste i co robią?
Komórki w organizmie mają określone cele, ale komórki macierzyste to komórki, które nie pełnią jeszcze określonej roli i mogą stać się prawie każdą potrzebną komórką.
Komórki macierzyste to niezróżnicowane komórki, które mogą przekształcić się w określone komórki, gdy organizm ich potrzebuje.
Naukowcy i lekarze interesują się komórkami macierzystymi, ponieważ pomagają one wyjaśnić, jak działają niektóre funkcje organizmu i dlaczego czasami się nie udają.
Komórki macierzyste są również obiecujące w leczeniu niektórych chorób, na które obecnie nie ma lekarstwa.
Źródła komórek macierzystych
Komórki macierzyste pochodzą z dwóch głównych źródeł: tkanek ciała dorosłego i zarodków. Naukowcy pracują również nad sposobami tworzenia komórek macierzystych z innych komórek, wykorzystując techniki „przeprogramowania” genetycznego.
Dorosłe komórki macierzyste
Komórki macierzyste mogą przekształcić się w komórki dowolnego typu, zanim ulegną zróżnicowaniu.
Ciało człowieka zawiera komórki macierzyste przez całe życie. Organizm może wykorzystać te komórki macierzyste, kiedy tylko ich potrzebuje.
Nazywane również komórkami macierzystymi swoistymi dla tkanki lub somatycznymi, dorosłe komórki macierzyste istnieją w całym organizmie od momentu rozwoju zarodka.
Komórki są w stanie niespecyficznym, ale są bardziej wyspecjalizowane niż embrionalne komórki macierzyste. Pozostają w tym stanie, dopóki organizm nie potrzebuje ich do określonego celu, powiedzmy, jako komórki skóry lub mięśni.
Codzienne życie oznacza, że organizm nieustannie odnawia swoje tkanki. W niektórych częściach ciała, takich jak jelita i szpik kostny, komórki macierzyste regularnie dzielą się, aby wytworzyć nowe tkanki ciała do konserwacji i naprawy.
Komórki macierzyste są obecne w różnych typach tkanek. Naukowcy odkryli komórki macierzyste w tkankach, w tym:
- mózg
- szpik kostny
- krew i naczynia krwionośne
- mięśnie szkieletowe
- skóra
- wątroba
Jednak znalezienie komórek macierzystych może być trudne. Mogą pozostawać nierozdzielające i niespecyficzne przez lata, dopóki organizm nie wezwie ich do naprawy lub wyhodowania nowej tkanki.
Dorosłe komórki macierzyste mogą dzielić się lub odnawiać w nieskończoność. Oznacza to, że mogą generować różne typy komórek z pierwotnego narządu lub nawet całkowicie regenerować oryginalny organ.
Ten podział i regeneracja to sposób, w jaki leczy się rana skóry lub jak narząd, taki jak na przykład wątroba, może się zregenerować po uszkodzeniu.
W przeszłości naukowcy uważali, że dorosłe komórki macierzyste mogą różnicować się tylko na podstawie ich pochodzenia. Jednak niektóre dowody sugerują obecnie, że mogą się one różnicować, aby stać się również innymi typami komórek.
Embrionalne komórki macierzyste
Od najwcześniejszego etapu ciąży, po zapłodnieniu komórki jajowej przez plemnik, powstaje zarodek.
Około 3–5 dni po zapłodnieniu komórki jajowej przez plemnik zarodek przyjmuje postać blastocysty lub kulki komórkowej.
Blastocysta zawiera komórki macierzyste i zostanie później zagnieżdżona w macicy. Embrionalne komórki macierzyste pochodzą z blastocysty, która ma 4-5 dni.
Kiedy naukowcy pobierają komórki macierzyste z embrionów, są to zwykle dodatkowe zarodki powstałe w wyniku zapłodnienia in vitro (IVF).
W klinikach IVF lekarze zapładniają kilka jaj w probówce, aby przynajmniej jedna przeżyła. Następnie wszczepią ograniczoną liczbę komórek jajowych, aby rozpocząć ciążę.
Kiedy plemnik zapładnia komórkę jajową, komórki te łączą się, tworząc pojedynczą komórkę zwaną zygotą.
Ta jednokomórkowa zygota zaczyna się następnie dzielić, tworząc 2, 4, 8, 16 komórek i tak dalej. Teraz to zarodek.
Wkrótce, jeszcze przed implantacją zarodka do macicy, ta masa około 150–200 komórek jest blastocystą. Blastocysta składa się z dwóch części:
- zewnętrzna masa komórek, która staje się częścią łożyska
- wewnętrzna masa komórek, która rozwinie się w ludzkim ciele
Wewnętrzna masa komórek to miejsce, w którym znajdują się embrionalne komórki macierzyste. Naukowcy nazywają te komórki totipotencjalne. Termin totipotentny odnosi się do faktu, że mają one całkowity potencjał do rozwinięcia się w dowolną komórkę ciała.
Przy odpowiedniej stymulacji komórki mogą stać się krwinkami, komórkami skóry i wszystkimi innymi typami komórek, których potrzebuje organizm.
We wczesnej ciąży stadium blastocysty trwa około 5 dni przed implantacją zarodka w macicy lub macicy. Na tym etapie komórki macierzyste zaczynają różnicować się.
Embrionalne komórki macierzyste mogą różnicować się w więcej typów komórek niż dorosłe komórki macierzyste.
Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC)
MSC pochodzą z tkanki łącznej lub zrębu otaczającego narządy i inne tkanki organizmu.
Naukowcy wykorzystali MSC do stworzenia nowych tkanek ciała, takich jak komórki kości, chrząstki i tkanki tłuszczowej. Mogą pewnego dnia odegrać rolę w rozwiązywaniu wielu problemów zdrowotnych.
Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS)
Naukowcy tworzą je w laboratorium, używając komórek skóry i innych komórek specyficznych dla tkanki. Te komórki zachowują się podobnie do embrionalnych komórek macierzystych, więc mogą być przydatne w opracowywaniu szeregu terapii.
Konieczne są jednak dalsze badania i rozwój.
Aby wyhodować komórki macierzyste, naukowcy najpierw pobierają próbki z dorosłej tkanki lub zarodka. Następnie umieszczają te komórki w kontrolowanej kulturze, gdzie będą się dzielić i rozmnażać, ale nie będą dalej specjalizować się.
Komórki macierzyste, które dzielą się i rozmnażają w kontrolowanej kulturze, nazywane są linią komórek macierzystych.
Naukowcy zarządzają liniami komórek macierzystych i udostępniają je do różnych celów. Mogą stymulować komórki macierzyste do specjalizacji w określony sposób. Ten proces jest znany jako ukierunkowane różnicowanie.
Do tej pory hodowanie dużej liczby embrionalnych komórek macierzystych było łatwiejsze niż w przypadku dorosłych komórek macierzystych. Jednak naukowcy robią postępy w przypadku obu typów komórek.
Rodzaje komórek macierzystych
Naukowcy klasyfikują komórki macierzyste według ich potencjału do różnicowania się w inne typy komórek.
Embrionalne komórki macierzyste są najsilniejsze, ponieważ ich zadaniem jest stać się każdym typem komórki w organizmie.
Pełna klasyfikacja obejmuje:
Totipotentne: te komórki macierzyste mogą różnicować się we wszystkie możliwe typy komórek. Kilka pierwszych komórek, które pojawiają się, gdy zygota zaczyna się dzielić, jest totipotencjalnych.
Pluripotentne: te komórki mogą przekształcić się w prawie każdą komórkę. Komórki z wczesnego zarodka są pluripotencjalne.
Multipotentne: te komórki mogą różnicować się w blisko spokrewnioną rodzinę komórek. Na przykład dorosłe krwiotwórcze komórki macierzyste mogą stać się czerwonymi i białymi krwinkami lub płytkami krwi.
Oligopotent: Te mogą różnicować się w kilka różnych typów komórek. Mogą to robić dorosłe limfoidalne lub szpikowe komórki macierzyste.
Unipotent: mogą wytwarzać tylko komórki jednego rodzaju, czyli ich własny typ. Jednak nadal są komórkami macierzystymi, ponieważ mogą się odnawiać. Przykłady obejmują komórki macierzyste mięśni dorosłych.
Embrionalne komórki macierzyste są uważane za pluripotencjalne, a nie totipotencjalne, ponieważ nie mogą stać się częścią błon pozarodkowych ani łożyska.
Używa
Same komórki macierzyste nie służą żadnemu jednemu celowi, ale są ważne z kilku powodów.
Po pierwsze, przy odpowiedniej stymulacji wiele komórek macierzystych może przyjąć rolę dowolnego typu komórki i w odpowiednich warunkach regenerować uszkodzoną tkankę.
Potencjał ten może uratować życie lub naprawić rany i uszkodzenia tkanek u ludzi po chorobie lub urazie. Naukowcy widzą wiele możliwych zastosowań komórek macierzystych.
Regeneracja tkanek
Regeneracja tkanek jest prawdopodobnie najważniejszym zastosowaniem komórek macierzystych.
Do tej pory osoba, która potrzebowała np. Nowej nerki, musiała czekać na dawcę, a następnie poddawać się przeszczepowi.
Występuje niedobór narządów od dawców, ale ucząc komórki macierzyste, aby różnicowały się w określony sposób, naukowcy mogliby wykorzystać je do wyhodowania określonego typu tkanki lub narządu.
Na przykład lekarze wykorzystali już komórki macierzyste znajdujące się tuż pod powierzchnią skóry do wytworzenia nowej tkanki skórnej. Następnie mogą naprawić poważne oparzenia lub inne obrażenia, przeszczepiając tę tkankę na uszkodzoną skórę, a nowa skóra odrośnie.
Leczenie chorób układu krążenia
W 2013 roku zespół naukowców z Massachusetts General Hospital poinformował w PNAS Early Edition że stworzyli naczynia krwionośne u myszy laboratoryjnych, używając ludzkich komórek macierzystych.
W ciągu 2 tygodni od wszczepienia komórek macierzystych utworzyła się sieć naczyń krwionośnych. Jakość tych nowych naczyń krwionośnych była tak dobra, jak sąsiednich naturalnych.
Autorzy mieli nadzieję, że tego typu technika może ostatecznie pomóc w leczeniu osób z chorobami układu krążenia i naczyniowego.
Leczenie chorób mózgu
Lekarze być może pewnego dnia będą mogli używać zastępczych komórek i tkanek w leczeniu chorób mózgu, takich jak choroba Parkinsona i Alzheimera.
Na przykład w chorobie Parkinsona uszkodzenie komórek mózgowych prowadzi do niekontrolowanych ruchów mięśni. Naukowcy mogą wykorzystać komórki macierzyste do uzupełnienia uszkodzonej tkanki mózgowej. Może to przywrócić wyspecjalizowane komórki mózgowe, które zatrzymują niekontrolowane ruchy mięśni.
Naukowcy próbowali już różnicować embrionalne komórki macierzyste w tego typu komórki, więc leczenie jest obiecujące.
Terapia niedoboru komórek
Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia będą w stanie opracować w laboratorium zdrowe komórki serca, które będą mogli przeszczepić osobom z chorobami serca.
Te nowe komórki mogą naprawić uszkodzenie serca poprzez ponowne zasiedlenie serca zdrową tkanką.
Podobnie, osoby z cukrzycą typu I mogą otrzymać komórki trzustki w celu zastąpienia komórek produkujących insulinę, które ich własny układ odpornościowy utracił lub zniszczył.
Jedyną obecną terapią jest przeszczep trzustki i bardzo niewiele trzustek jest dostępnych do przeszczepu.
Leczenie chorób krwi
Obecnie lekarze rutynowo używają krwiotwórczych komórek macierzystych dorosłych do leczenia chorób, takich jak białaczka, anemia sierpowata i inne problemy związane z niedoborem odporności.
Hematopoetyczne komórki macierzyste występują we krwi i szpiku kostnym i mogą wytwarzać wszystkie rodzaje krwinek, w tym czerwone krwinki przenoszące tlen i białe krwinki zwalczające choroby.
Przekazywanie lub pobieranie komórek macierzystych
Ludzie mogą przekazywać komórki macierzyste, aby pomóc ukochanej osobie lub na własny użytek w przyszłości.
Darowizny mogą pochodzić z następujących źródeł:
Szpik kostny: te komórki są pobierane pod znieczuleniem ogólnym, zwykle z kości biodrowej lub miednicy. Następnie technicy izolują komórki macierzyste ze szpiku kostnego do przechowywania lub pobrania.
Peryferyjne komórki macierzyste: osoba otrzymuje kilka zastrzyków, które powodują, że jej szpik kostny uwalnia komórki macierzyste do krwi. Następnie krew jest usuwana z organizmu, maszyna oddziela komórki macierzyste, a lekarze zwracają krew do organizmu.
Krew pępowinowa: komórki macierzyste można pobrać z pępowiny po porodzie bez szkody dla dziecka. Niektórzy ludzie oddają krew pępowinową, a inni ją przechowują.
Takie pobieranie komórek macierzystych może być kosztowne, ale korzyści dla przyszłych potrzeb obejmują:
- komórki macierzyste są łatwo dostępne
- mniejsza szansa na odrzucenie przeszczepionej tkanki, jeśli pochodzi ona z własnego ciała biorcy
Badania i odkrycia naukowe
Komórki macierzyste są przydatne nie tylko jako potencjalne terapie, ale także do celów badawczych.
Na przykład naukowcy odkryli, że włączenie lub wyłączenie konkretnego genu może powodować jego różnicowanie. Wiedza o tym pomaga im zbadać, które geny i mutacje wywołują jakie skutki.
Uzbrojeni w tę wiedzę mogą być w stanie odkryć przyczyny wielu chorób i dolegliwości, z których część nie ma jeszcze lekarstwa.
Nieprawidłowe podziały i różnicowanie komórek są odpowiedzialne za schorzenia, które obejmują raka i wrodzone wady wynikające z urodzenia. Wiedza o tym, co powoduje, że komórki dzielą się w niewłaściwy sposób, może doprowadzić do wyleczenia.
Komórki macierzyste mogą również pomóc w opracowywaniu nowych leków. Zamiast testować leki na ludzkich ochotnikach, naukowcy mogą ocenić wpływ leku na normalną, zdrową tkankę, testując go na tkance wyhodowanej z komórek macierzystych.
Wideo: Co to są komórki macierzyste?
Obejrzyj wideo, aby dowiedzieć się więcej o komórkach macierzystych.
Spór
Istnieją pewne kontrowersje dotyczące badań nad komórkami macierzystymi. Dotyczy to głównie pracy nad embrionalnymi komórkami macierzystymi.
Wykorzystanie embrionów do komórek macierzystych
Argumentem przeciwko używaniu embrionalnych komórek macierzystych jest to, że niszczy ludzką blastocystę, a zapłodnione jajeczko nie może rozwinąć się w człowieka.
Obecnie naukowcy szukają sposobów tworzenia lub wykorzystywania komórek macierzystych, które nie obejmują embrionów.
Mieszanie ludzi i zwierząt
Badania nad komórkami macierzystymi często obejmują wprowadzanie ludzkich komórek do zwierząt, takich jak myszy lub szczury. Niektórzy twierdzą, że może to spowodować powstanie organizmu będącego po części człowiekiem.
W niektórych krajach produkcja linii embrionalnych komórek macierzystych jest nielegalna. W Stanach Zjednoczonych naukowcy mogą tworzyć lub pracować z liniami embrionalnych komórek macierzystych, ale nielegalne jest wykorzystywanie funduszy federalnych do badań linii komórek macierzystych, które powstały po sierpniu 2001 roku.
Terapia komórkami macierzystymi i regulacja FDA
Niektórzy ludzie już teraz oferują „terapie komórkami macierzystymi” do różnych celów, takich jak terapie przeciwdziałające efektom starzenia.
Jednak większość z tych zastosowań nie ma zgody Amerykańskiej Agencji ds.Żywności i Leków (FDA). Niektóre z nich mogą być nielegalne, a inne niebezpieczne.
Każdy, kto rozważa leczenie komórkami macierzystymi, powinien sprawdzić u dostawcy lub FDA, czy produkt jest zatwierdzony i czy został wyprodukowany w sposób zgodny ze standardami FDA w zakresie bezpieczeństwa i skuteczności.
