Kmeňové bunky - typy, vlastnosti, použitie

Kmeňové bunky sa so svojou schopnosťou transformácie javia ako úžasný liek na mnohé choroby. Zistite, čo sú kmeňové bunky, na aké choroby sa v súčasnosti kmeňové bunky používajú a aké sú vyhliadky na vývoj liečby kmeňovými bunkami? Odkiaľ pochádza skepsa špecialistov?

Kmeňové bunky majú schopnosť transformovať sa do iných typov buniek. Liečba kmeňovými bunkami je určite jedným z najchytľavejších a najsľubnejších konceptov modernej medicíny. Zdá sa, že zoznam ich lekárskych aplikácií by mal byť nekonečný - opravy poškodených tkanív, pestovanie náhradných orgánov ...

Fakty sú však odlišné. Aj keď k počiatkom výskumu kmeňových buniek došlo v 60. rokoch, zatiaľ je ich použitie obmedzené na niekoľko dobre definovaných indikácií.

Existuje mnoho nápadov na použitie kmeňových buniek, avšak ich zavedenie do klinického používania je obmedzené mnohými faktormi, medzi ktorými vystupuje do popredia otázka bezpečnosti tohto typu terapie.

Čo sú kmeňové bunky?

Kmeňové bunky sú nevyhnutné pre formovanie ľudského tela. V najskorších štádiách vývoja sa ľudské embryo skladá výlučne z kmeňových buniek. Postupom času prechádzajú zmenami, pri ktorých vznikajú všetky bunkové línie, ktoré tvoria ľudské telo.

Druhou dôležitou úlohou kmeňových buniek je kolonizovať niektoré tkanivá zrelého organizmu a pôsobiť ako „zásobáreň“. Ak je to potrebné, sú schopné transformovať sa do buniek daného tkaniva, ktoré odumrú alebo sú poškodené. To je však možné iba pri určitých tkanivách.

Kmeňové bunky sú teda tie bunky, ktoré majú schopnosť transformovať sa do iných, špecializovanejších typov buniek.

Najdôležitejšou vlastnosťou kmeňových buniek, ktorá ich odlišuje od iných buniek, je spôsob ich delenia.

Počas delenia je kmeňová bunka schopná diferencovať, to znamená vytvoriť dcérsku bunku špecifického typu (napr. Svalovú, nervovú alebo epitelovú bunku).

Existujú rôzne typy kmeňových buniek, v závislosti od ich povahy: niektoré sa môžu transformovať na akýkoľvek druh dcérskych buniek, zatiaľ čo iné sú schopné produkovať iba bunky, ktoré tvoria určitý typ tkaniva (viac nižšie).

S ich delením súvisí aj druhá dôležitá vlastnosť kmeňových buniek. Počas formovania dcérskej bunky materská bunka nezmizne bez stopy. V procese delenia sa vytvára ešte jedna kmeňová bunka, identická s „materskou bunkou“.

Účinok rozdelenia kmeňových buniek je teda jedna kmeňová bunka a jedna špecializovaná dcérska bunka.

Tento mechanizmus sa nazýva samoobnovenie. Vďaka nej sa kmeňové bunky „neopotrebujú“ a nedovolia zmenšiť veľkosť ich bazéna.

Typy kmeňových buniek

Ako už bolo spomenuté, kmeňové bunky sa môžu pri delení transformovať na iné typy buniek. Môže sa potom z ktorejkoľvek kmeňovej bunky stať akákoľvek dcérska bunka? No nie.

Kmeňové bunky sú rozdelené do štyroch podskupín podľa toho, ako široké spektrum buniek môže vzniknúť z ich rozdelenia.

Kmeňové bunky, ktoré vytvárajú ľudské embryo, sú schopné viesť k vzniku všetkých druhov bunkových línií. Niektoré kmeňové bunky, ktoré obývajú tkanivá dospelého človeka, sa zase môžu transformovať iba do striktne definovaného typu buniek, ktoré dané tkanivo vytvárajú.

Rozdelenie kmeňových buniek z dôvodu možnosti vytvárania rôznych dcérskych buniek je nasledovné:

• totipotentné kmeňové bunky

Sú to bunky s najširším diferenciačným potenciálom a môžu sa transformovať na akýkoľvek druh dcérskych buniek. Totipotentné bunky tvoria zygotu (bunku po oplodnení vajíčka spermiou), ako aj embryo v najskorších štádiách vývoja. Všetky typy buniek, ktoré tvoria ľudské telo, môžu byť vytvorené z totipotentných buniek.

• pluripotentné kmeňové bunky

Pluripotentné bunky sa tiež môžu transformovať do mnohých typov buniek. Placentárne bunky sú však výnimkou. Pluripotentné bunky tvoria tzv embryonálny uzol, čo je jedna zo štruktúr vytvorených v prvom týždni vývoja embrya.

Čítajte tiež: Vývoj plodu: ako sa plod vyvíja týždeň čo týždeň

Z pluripotentných buniek embryonálneho uzla vznikajú tri tzv zárodočné vrstvy, z ktorých sa neskôr vyvinú všetky tkanivá nášho organizmu. Aj keď názvy zárodočných vrstiev znejú trochu zložito (ektoderm, mezoderm a endoderm), tkanivá z nich vytvorené sú známe každému.

Ektoderm je pokožka a nervový systém, mezoderm je obehový a pohybový aparát a endoderm je dýchací systém a väčšina tráviaceho systému.

• multipotentné kmeňové bunky

Multipotentné bunky sú skupinou kmeňových buniek s mierne užším diferenciačným potenciálom. Aj keď stále môžu produkovať niekoľko typov buniek, zvyčajne sú to bunky podobného typu. Vlajkovým príkladom buniek v tejto podskupine sú multipotentné bunky kostnej drene, tiež známe ako krvotvorné kmeňové bunky. Môžu sa transformovať do akýchkoľvek krvných buniek, ako sú erytrocyty alebo rôzne typy leukocytov. Nie sú však schopné produkovať bunky, ktoré vytvárajú ďalšie tkanivá.

• unipotentné kmeňové bunky

Tento typ bunky sa môže stať iba jedným typom dcéry. Unipotentné bunky zvyčajne fungujú ako rezervoár na obnovu a opravu dospelých tkanív. Príkladom nepotentných buniek sú epidermálne kmeňové bunky nachádzajúce sa v ľudskej koži.

Kde možno získať kmeňové bunky

Získanie kmeňových buniek je v zásade možné dvoma spôsobmi.

Ich prvým zdrojom je ľudské embryo, z ktorého sú izolované takzvané embryonálne kmeňové bunky. Jedná sa o bunky totipotentnej alebo pluripotentnej povahy, a preto sú schopné diferencovať sa na všetky typy tkanív.

Druhý typ kmeňových buniek sa nazýva somatické kmeňové bunky (alebo „dospelé“ kmeňové bunky). Tento typ bunky pochádza - ako už názov napovedá - z tela dospelého človeka.

Za normálnych podmienok sú to bunky, ktoré obývajú rôzne orgány

• dreň
• svaly
• pečeň
• koža
• cievy

V týchto orgánoch pôsobia kmeňové bunky ako rezervoár, ktorý umožňuje regeneráciu poškodených tkanív.

Nie je ťažké odhadnúť, že somatické kmeňové bunky majú obmedzenejší diferenciačný potenciál ako embryonálne kmeňové bunky. Bunky, ktoré pochádzajú z dospelého organizmu, sú multipotentné alebo unipotentné, to znamená, že sa môžu transformovať na bunky podobného typu alebo dokonca iba na jeden typ dcérskych buniek.

Nájsť a získať somatické kmeňové bunky v tele dospelého človeka je celkom výzva. Počet takýchto buniek v tkanivách je veľmi malý.

Hneď ako sa zhromaždia, je veľmi ťažké ich kultivovať v laboratórnych podmienkach, takže je ťažké získať väčšie množstvo.

Dosiaľ sa dospelé kmeňové bunky získavajú iba z niekoľkých zdrojov. Pre krvotvorné kmeňové bunky sú to:

• dreň
• periférna krv
• pupočníkovej krvi

Z tukového tkaniva a kostnej drene zasa môžete získať tzv mezenchymálne kmeňové bunky. Môžu sa vyvinúť do rôznych druhov tkanív:

• kosť
• chrupavkovitý
• sval
• tukové tkanivo

Terapie s použitím mezenchymálnych kmeňových buniek sú stále vo fáze výskumu - ich bezpečnosť a účinnosť zatiaľ neboli potvrdené.

Za zmienku stojí ešte jeden druh kmeňových buniek, ktorý je akýmsi hybridom vyššie uvedených dvoch. Toto sa volá indukované pluripotentné kmeňové bunky.

Jedná sa o kmeňové bunky získané z dospelého organizmu, ktoré boli v laboratóriu preprogramované tak, aby im poskytli vlastnosti zárodočných buniek.

Súčasné použitie kmeňových buniek

Keďže už poznáme typy a možnosti diferenciácie kmeňových buniek, zostáva otázkou - ktoré z nich a ako sa používajú v medicíne?

• embryonálne kmeňové bunky

Embryonálne kmeňové bunky nie sú schválené pre žiadny typ terapie. Prečo? Tu je niekoľko dôvodov.

Po prvé, ich použitie zahŕňa etické dilemy. Embryonálne kmeňové bunky sa získavajú z embryí určených na výskumné účely, ktoré sa najčastejšie vytvárajú počas postupov oplodnenia in vitro. Etické otázky sú jedným z faktorov obmedzujúcich pokrok vo výskume kmeňových buniek získaných týmto spôsobom.

Druhá prekážka využívania zárodočných buniek je čisto vedecká. Sú to bunky s veľkým diferenciačným potenciálom, ktoré sa môžu transformovať na akýkoľvek druh dcérskych buniek. Doteraz sa nenašla žiadna metóda na kontrolu ich správania.

Embryonálne kmeňové bunky po implantácii do ľudského tela tvoria nádory zložené z rôznych náhodne usporiadaných buniek. Tieto typy nádorov sa nazývajú teratómy (latinsky teratoma). Neustále hľadáme spôsoby, ako nasmerovať zárodočné bunky takým spôsobom, aby sa transformovali do požadovaného tkaniva.

S používaním embryonálnych kmeňových buniek súvisí aj riziko odmietnutia - tvoria cudzí materiál (podobne ako transplantácia orgánu od nepríbuzného darcu).

Riziko je oveľa nižšie pri použití dospelých kmeňových buniek, ktoré daruje a prijíma ten istý pacient. Tento postup nazývame autológna transplantácia.

• dospelých kmeňových buniek

Aj keď je použitie dospelých kmeňových buniek spojené s mnohými obmedzeniami, v medicíne sa doteraz používal iba tento typ kmeňových buniek. Získanie dospelých kmeňových buniek nevyžaduje kultiváciu embryí, takže vyvoláva oveľa menej morálnych dilem. Kmeňové bunky dospelých sa používajú pri nasledujúcich typoch terapie:

• transplantácia krvotvorných kmeňových buniek

Transplantácia krvotvorných kmeňových buniek je v súčasnosti jedinou rutinnou terapiou kmeňovými bunkami, ktorá sa úspešne používa na celom svete. Takzvaný transplantácie kostnej drene sú metódou liečby mnohých hematologických ochorení.

Najprv sa používajú u pacientov s primárnymi imunodeficienciami, to znamená s dedičnými abnormalitami v imunitnom systéme. Transplantácia kostnej drene je pre nich často jediný spôsob, ako získať správne fungujúce imunitné bunky.

Druhou skupinou pacientov, ktorí môžu vyžadovať transplantáciu krvotvorných kmeňových buniek, sú pacienti, ktorých kostná dreň bola poškodená, napríklad v dôsledku agresívnej protinádorovej liečby.

Takáto situácia môže byť žiaduca v prípade rakoviny krvi (napr. Leukémie), kde cieľom terapie je zničenie hematopoetického systému pokrytého neoplastickým procesom a jeho následná rekonštrukcia pomocou implantovaných kmeňových buniek.

• ošetrenie rozsiahlych rán pomocou epidermálnych kmeňových buniek

Epidermálne kmeňové bunky sú jedným zo spôsobov liečenia rozsiahlych rán, ako sú popáleniny.

Celý postup je nasledovný: najskôr sa epidermálne kmeňové bunky zhromaždia z fragmentu zdravej pokožky pacienta.

Potom sa tieto bunky podrobia laboratórnej kultivácii za podmienok umožňujúcich ich rozsiahle množenie.

Po získaní príslušného počtu buniek sa umiestnia na povrch rany.

Ďalšou výhodou terapie je, že pacientovo telo nemôže takýto „obväz“ odmietnuť - bol vyrobený z jeho vlastných buniek.

• oftalmologické ošetrenie s použitím rohovkových limbálnych kmeňových buniek

Ďalšia terapia využívajúca kmeňové bunky bola schválená relatívne nedávno. Je to liek obsahujúci rohovkové limbálne kmeňové bunky, ktorý umožňuje rekonštrukciu epitelu rohovky (prednej, vonkajšej vrstvy očnej gule).

Rovnako ako v predchádzajúcom prípade je „zdrojom“ buniek samotný pacient, konkrétnejšie jeho zdravé oko.

Po odbere kmeňových buniek sa tieto množia v laboratóriu a potom sa podávajú postihnutému oku. Indikáciou pre použitie terapie je nedostatok rohovkových limbálnych kmeňových buniek, napríklad v dôsledku poškodenia chemickou látkou.

Budúcnosť kmeňových buniek

Vyššie uvedený text sumarizuje súčasné a, ako vidíte, veľmi obmedzené použitie kmeňových buniek v medicíne.

Program výskumu v tejto oblasti je veľmi zložitý a kmeňové bunky stále kladú viac otázok ako odpovedí.

Vo vedeckom svete z času na čas existujú informácie o prelomových objavoch, ktoré sa ich týkajú, ale bohužiaľ sa v mnohých prípadoch ukazuje, že publikované výsledky výskumu nie sú pravdivé.

Bolo tomu tak napríklad v prípade hlasného pokusu o implantáciu kmeňových buniek kostnej drene do postinfarktovej jazvy v srdcovom svale. Údajne pozitívne výsledky takejto terapie spustili lavínu ďalších pokusov v iných klinických centrách, ale všetky experimenty nakoniec skončili neúspechom.

K úspešnému a bezpečnému použitiu kmeňových buniek v medicíne je stále potrebných mnoho rokov výskumu.

Vedci sa neustále snažia dozvedieť viac o neobvyklých mechanizmoch ich fungovania.

Aké faktory ovplyvňujú proces diferenciácie kmeňových buniek?

Je tento proces kontrolovateľný?

Čo robiť, aby ste ich dokázali efektívne znásobiť?

Ktoré z doteraz nevyliečiteľných chorôb majú skutočne šancu na vyliečenie pomocou tejto terapie?

Tieto a mnohé ďalšie otázky sa neustále skúmajú.

Tu stojí za zmienku, že aj keď je terapeutické použitie kmeňových buniek obmedzené, sú užitočné v iných oblastiach medicíny.

Jedným z príkladov je štúdium neoplastických procesov. Kmeňové bunky umožňujú simulovať takýto proces v laboratórnych podmienkach a potom na nich testovať potenciálne terapie (napr. Nové protirakovinové lieky).

Prebiehajúci výskum kmeňových buniek je v súlade napríklad s aplikáciou na:

• neurodegeneratívne choroby (napr. Alzheimerova choroba)
• poranenia miechy
• poranenia pohybového aparátu

a nakoniec pokusy o rekonštrukciu celých orgánov (napr. pankreasu pri cukrovke typu I).

Musíme si uvedomiť, že kmeňové bunky nie sú liekom na všetko a že každá potenciálna aplikácia je nezávisle skúmaná a pred schválením musí prejsť radom klinických skúšok.

Nakoniec stojí za to varovať pred „klinikami“, ktoré ponúkajú liečbu kmeňovými bunkami bez akéhokoľvek povolenia.

Tieto typy experimentov skončia v lepšom prípade v strate peňazí, v horšom prípade v zdraví a dokonca aj v živote.

Bibliografia:

1. „Kmeňové bunky dospelých: nádeje a hypy regeneratívnej medicíny“ J. Dulak et.al. Acta Biochimica Polonica, zväzok 62, č. 3/2015, 329 - 337
2. „Biológia kmeňových buniek: prehľad“ P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). 2011 sep; 1 (3): 63–67.
3. „Kmeňové bunky v rohovke“ Hertsenberg AJ, Funderburgh JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25-41
4. „Kmeňové bunky pri regenerácii pokožky, hojení rán a ich klinické aplikácie“ Ojeh N. et.al. Int J Mol Sci. 2015 23. októbra; 16.

O autorovi

Krzysztof Białoży Študent medicíny na Collegium Medicum v Krakove pomaly vstupuje do sveta neustálych výziev práce lekára. Zaujíma ju najmä gynekológia a pôrodníctvo, pediatria a medicína životného štýlu. Milovníčka cudzích jazykov, cestovania a horskej turistiky.

Prečítajte si viac článkov od tohto autora