Kmenové buňky - typy, vlastnosti, aplikace

Kmenové buňky se díky své schopnosti transformace jeví jako skvělý lék na mnoho nemocí. Zjistěte, co jsou kmenové buňky, jaké nemoci se v současnosti kmenové buňky používají k léčbě a jaké jsou vyhlídky na rozvoj terapie kmenovými buňkami? Odkud pochází skepse odborníků?

Kmenové buňky mají schopnost transformovat se do jiných typů buněk. Terapie kmenovými buňkami je určitě jedním z nejchytřejších a nejslibnějších konceptů moderní medicíny. Zdálo by se, že seznam jejich lékařských aplikací by měl být nekonečný - opravy poškozených tkání, pěstování náhradních orgánů ...

Fakta jsou však jiná. Ačkoli počátky výzkumu kmenových buněk probíhaly v šedesátých letech, jejich použití je zatím omezeno na několik dobře definovaných indikací.

Existuje mnoho nápadů pro použití kmenových buněk, avšak jejich zavedení do klinického použití je omezeno řadou faktorů, mezi nimiž vystupuje do popředí otázka bezpečnosti tohoto typu terapie.

Co jsou kmenové buňky?

Kmenové buňky jsou nezbytné pro tvorbu lidského těla. V nejranějších stádiích vývoje je lidské embryo tvořeno výhradně kmenovými buňkami. Postupem času procházejí změnami, které vedou ke vzniku všech buněčných linií, které tvoří lidské tělo.

Druhou důležitou úlohou kmenových buněk je kolonizovat některé tkáně zralého organismu a působit jako „skladiště“. Pokud je to nutné, jsou schopné transformovat se do buněk dané tkáně, které zemřou nebo jsou poškozeny. To je však možné pouze u určitých tkání.

Kmenové buňky jsou tedy ty buňky, které mají schopnost transformovat se do jiných, více specializovaných typů buněk.

Nejdůležitější vlastností kmenových buněk, která je odlišuje od ostatních buněk, je způsob jejich dělení.

Během dělení je kmenová buňka schopna diferencovat, tj. Vytvořit dceřinnou buňku specifického typu (např. Svalová, nervová nebo epiteliální buňka).

Existují různé typy kmenových buněk, v závislosti na jejich povaze: některé se mohou transformovat na jakýkoli druh dceřiných buněk, zatímco jiné jsou schopné produkovat pouze buňky, které tvoří určitý typ tkáně (více o tom níže).

Druhá důležitá vlastnost kmenových buněk souvisí také s jejich dělením. Během tvorby dceřiné buňky mateřská buňka nezmizí beze stopy. V procesu dělení se tvoří ještě jedna kmenová buňka, identická s „mateřskou buňkou“.

Účinek dělení kmenových buněk je tedy jedna kmenová buňka a jedna specializovaná dceřiná buňka.

Tento mechanismus se nazývá samoobnovení. Díky tomu se kmenové buňky „neopotřebují“ a nedovolí zmenšit velikost jejich bazénu.

Druhy kmenových buněk

Jak již bylo zmíněno, kmenové buňky se mohou při rozdělení transformovat na jiné typy buněk. Může se z kterékoli kmenové buňky stát nějaká dceřiná buňka? No ne.

Kmenové buňky jsou rozděleny do čtyř podskupin, v závislosti na tom, jak široké spektrum buněk může vzniknout z jejich rozdělení.

Kmenové buňky, které vytvářejí lidské embryo, mohou vést ke vzniku všech druhů buněčných linií. Některé kmenové buňky, které obývají tkáně dospělého člověka, se zase mohou transformovat pouze na přísně definovaný typ buněk, které danou tkáň vytvářejí.

Rozdělení kmenových buněk z důvodu možnosti vytvoření různých dceřiných buněk je následující:

• totipotentní kmenové buňky

Jsou to buňky s nejširším diferenciačním potenciálem a mohou se transformovat na jakýkoli druh dceřiných buněk. Totipotentní buňky tvoří zygotu (buňku, která je výsledkem oplodnění vajíčka spermatem), stejně jako embryo v nejranějších fázích vývoje. Z totipotentních buněk lze vytvořit všechny druhy buněk, které tvoří lidské tělo.

• pluripotentní kmenové buňky

Pluripotentní buňky se také mohou transformovat do mnoha typů buněk. Placentární buňky jsou však výjimkou. Pluripotentní buňky tvoří tzv embryonální uzel, což je jedna ze struktur vytvořených v prvním týdnu vývoje embrya.

Přečtěte si také: Vývoj plodu: jak se týden po týdnu vyvíjí plod

Z pluripotentních buněk embryonálního uzlu vznikají tři tzv zárodečné vrstvy, ze kterých se později vyvinou všechny tkáně našeho organismu. Ačkoli názvy zárodečných vrstev zní trochu komplikovaně (ektoderm, mezoderm a endoderm), tkáně z nich vytvořené jsou známy všem.

Ektoderm je kůže a nervový systém, mezoderm je oběhový a muskuloskeletální systém a endoderm je dýchací systém a většina trávicího systému.

• multipotentní kmenové buňky

Multipotentní buňky jsou skupina kmenových buněk s mírně užším diferenciačním potenciálem. I když stále mohou produkovat několik typů buněk, jsou to obvykle buňky podobného typu. Vlajkovým příkladem buněk v této podskupině jsou multipotentní buňky kostní dřeně, známé také jako hematopoetické kmenové buňky. Mohou se transformovat do jakékoli krevní buňky, jako jsou erytrocyty nebo různé typy leukocytů. Nejsou však schopni produkovat buňky, které vytvářejí další tkáně.

• unipotentní kmenové buňky

Tento typ buňky se může stát pouze jedním typem dcery. Unipotentní buňky obvykle fungují jako rezervoár pro obnovu a opravu dospělých tkání. Příkladem unipotentních buněk jsou epidermální kmenové buňky, které se nacházejí v lidské kůži.

Kde lze získat kmenové buňky

Získání kmenových buněk je v zásadě možné dvěma způsoby.

Jejich prvním zdrojem je lidské embryo, ze kterého jsou izolovány takzvané embryonální kmenové buňky. Jedná se o buňky totipotentní nebo pluripotentní povahy, a proto schopné diferencovat se na všechny typy tkání.

Nazývá se druhý typ kmenových buněk somatické kmenové buňky (nebo „dospělé“ kmenové buňky). Tento typ buňky pochází - jak název napovídá - z těla dospělého člověka.

Za normálních podmínek se jedná o buňky, které obývají různé orgány

• dřeň
• svaly
• játra
• kůže
• cévy

V těchto orgánech působí kmenové buňky jako rezervoár, který umožňuje regeneraci poškozených tkání.

Není těžké uhodnout, že somatické kmenové buňky mají omezenější diferenciační potenciál než embryonální kmenové buňky. Buňky, které pocházejí z dospělého organismu, jsou multipotentní nebo unipotentní, to znamená, že se mohou transformovat do buněk podobného typu nebo dokonce pouze jednoho typu dceřiné buňky.

Nalezení a získání somatických kmenových buněk v dospělém těle je docela výzva. Počet těchto typů buněk v tkáních je velmi malý.

Jakmile jsou shromážděny, je velmi obtížné je kultivovat v laboratorních podmínkách, takže je obtížné získat větší množství.

Dosud jsou dospělé kmenové buňky získávány pouze z několika zdrojů. U hematopoetických kmenových buněk jsou to:

• dřeň
• periferní krev
• pupečníková krev

Na druhé straně z tukové tkáně a kostní dřeně můžete získat tzv mezenchymální kmenové buňky. Mohou se transformovat do různých typů tkání:

• kost
• chrupavčitý
• sval
• mastné

Terapie s využitím mezenchymálních kmenových buněk jsou stále ve fázi výzkumu - jejich bezpečnost a účinnost zatím nebyla potvrzena.

Za zmínku stojí ještě jeden typ kmenových buněk, který je jakýmsi hybridem výše uvedených dvou. Tomu se říká indukované pluripotentní kmenové buňky.

Jedná se o kmenové buňky získané z dospělého organismu, které byly v laboratoři přeprogramovány tak, aby jim poskytly vlastnosti zárodečných buněk.

Současné využití kmenových buněk

Jelikož již známe typy a možnosti diferenciace kmenových buněk, zůstává otázkou - které z nich a jak se používají v medicíně?

• embryonální kmenové buňky

Embryonální kmenové buňky nejsou schváleny pro žádný typ terapie. Proč? Zde je několik důvodů.

Za prvé, jejich použití zahrnuje etická dilemata. Embryonální kmenové buňky se získávají z embryí určených pro výzkumné účely, nejčastěji vytvářených během postupů oplodnění in vitro. Etické problémy jsou jedním z faktorů omezujících postup výzkumu takto získaných kmenových buněk.

Druhá překážka použití zárodečných buněk je čistě vědecká. Jsou to buňky s velkým diferenciačním potenciálem, které se mohou transformovat na jakýkoli druh dceřiných buněk. Doposud nebyla nalezena žádná metoda kontroly jejich chování.

Embryonální kmenové buňky po implantaci do lidského těla tvoří nádory složené z různých náhodně uspořádaných buněk. Tyto typy nádorů se nazývají teratomy (latinský teratom). Neustále hledáme způsoby, jak směrovat zárodečné buňky takovým způsobem, aby se transformovaly do požadované tkáně.

Použití embryonálních kmenových buněk je také spojeno s rizikem odmítnutí - představují cizí materiál (podobný transplantaci orgánu od nepříbuzného dárce).

Riziko je mnohem nižší při použití dospělých kmenových buněk, které jsou darovány a přijímány stejným pacientem. Tento postup se nazývá autologní transplantace.

• dospělé kmenové buňky

Ačkoli je použití dospělých kmenových buněk také spojeno s mnoha omezeními, v medicíně se zatím používá pouze tento typ kmenových buněk. Získání dospělých kmenových buněk nevyžaduje embryonální kulturu, takže vyvolává mnohem méně morálních dilemat. Dospělé kmenové buňky se používají při následujících typech terapie:

• transplantace hematopoetických kmenových buněk

Transplantace hematopoetických kmenových buněk je v současnosti jedinou rutinní terapií kmenovými buňkami, která se úspěšně používá po celém světě. Takzvaný transplantace kostní dřeně jsou metodou léčby mnoha hematologických onemocnění.

Nejprve se používají u pacientů s primární imunodeficiencí, tj. Zděděnými abnormalitami v imunitním systému. Transplantace kostní dřeně je pro ně často jediným způsobem, jak získat správně fungující imunitní buňky.

Druhá skupina pacientů, kteří mohou vyžadovat transplantaci hematopoetických kmenových buněk, jsou ti, jejichž kostní dřeň byla poškozena, například v důsledku agresivní protinádorové léčby.

Taková situace může být žádoucí v případě rakoviny krve (např. Leukemie), kde je cílem terapie zničit hematopoetický systém pokrytý neoplastickým procesem a jeho následnou rekonstrukci pomocí implantovaných kmenových buněk.

• léčba rozsáhlých ran pomocí epidermálních kmenových buněk

Epidermální kmenové buňky jsou jedním ze způsobů hojení rozsáhlých ran, jako jsou popáleniny.

Celý postup je následující: za prvé, epidermální kmenové buňky se shromažďují z fragmentu zdravé kůže pacienta.

Poté jsou tyto buňky podrobeny laboratorní kultivaci za podmínek umožňujících jejich intenzivní množení.

Po získání příslušného počtu buněk jsou umístěny na povrch rány.

Další výhodou terapie je, že tělo pacienta nemůže takový „obvaz“ odmítnout - byl vyroben z vlastních buněk.

• oční léčba s použitím rohovkových limbálních kmenových buněk

Další terapie využívající kmenové buňky byla schválena relativně nedávno. Je to lék obsahující limbální kmenové buňky rohovky, umožňující rekonstrukci epitelu rohovky (přední, vnější vrstva oční bulvy).

Stejně jako v předchozím případě je „zdrojem“ buněk sám pacient, konkrétněji jeho zdravé oko.

Poté, co jsou kmenové buňky odebrány, se množí v laboratoři a poté se podávají postiženému oku. Indikací pro použití terapie je nedostatek limbálních kmenových buněk rohovky, například v důsledku poškození chemickou látkou.

Budoucnost kmenových buněk

Výše uvedený text shrnuje současné a, jak vidíte, velmi omezené použití kmenových buněk v medicíně.

Výzkumná agenda v této oblasti je velmi složitá a kmenové buňky stále představují více otázek než odpovědí.

Ve vědeckém světě čas od času existují informace o průlomových objevech, které se jich týkají, ale bohužel se v mnoha případech ukazuje, že publikované výsledky výzkumu nejsou pravdivé.

Tak tomu bylo například v případě hlasitého pokusu o implantaci kmenových buněk kostní dřeně do jizvy po infarktu v srdečním svalu. Údajně pozitivní výsledky takové terapie vyvolaly lavinu dalších pokusů v jiných klinických centrech, ale všechny experimenty nakonec skončily neúspěchem.

K úspěšnému a bezpečnému použití kmenových buněk v medicíně je stále zapotřebí mnoho let výzkumu.

Vědci se neustále snaží zjistit více o neobvyklých mechanismech jejich fungování.

Jaké faktory ovlivňují proces diferenciace kmenových buněk?

Je tento proces kontrolovatelný?

Co dělat, abychom je mohli efektivně znásobit?

Které z dosud nevyléčitelných nemocí mají opravdu šanci vyléčit se touto terapií?

Tyto a mnohé další otázky jsou neustále zkoumány.

V tomto bodě stojí za zmínku, že terapeutické využití kmenových buněk je omezené, ale v jiných oblastech medicíny je užitečné.

Jedním z příkladů je studium neoplastických procesů. Kmenové buňky umožňují simulovat takový proces v laboratorních podmínkách a poté na nich otestovat potenciální terapie (např. Nová protinádorová léčiva).

Probíhající výzkum kmenových buněk je v souladu například s aplikací na:

• neurodegenerativní onemocnění (např. Alzheimerova choroba)
• poranění míchy
• poranění pohybového aparátu

a nakonec pokusy o rekonstrukci celých orgánů (např. slinivky břišní u diabetu typu I).

Musíme si uvědomit, že kmenové buňky nejsou léčitelným prostředkem a že každá potenciální aplikace je nezávisle prozkoumána a před schválením musí projít řadou klinických studií.

Nakonec stojí za to varovat před „klinikami“ nabízejícími terapii kmenovými buňkami bez jakéhokoli povolení.

Tyto typy experimentů nakonec přicházejí v lepším případě v horším případě o zdraví a dokonce o život.

Bibliografie:

1. „Kmenové buňky dospělých: naděje a hypes regenerativní medicíny“ J. Dulak et.al. Acta Biochimica Polonica, sv. 62, č. 3/2015, 329–337
2. „Biology of stem cells: an overview“ P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). 2011 září; 1 (3): 63–67.
3. „Kmenové buňky v rohovce“ Hertsenberg AJ, Funderburgh JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25-41
4. „Kmenové buňky při regeneraci kůže, hojení ran a jejich klinické aplikace“ Ojeh N. et.al. Int J Mol Sci. 2015 23. října; 16.

O autorovi

Krzysztof Białoży Student medicíny na Collegium Medicum v Krakově a pomalu vstupuje do světa neustálých výzev doktorské práce. Zajímá se zejména o gynekologii a porodnictví, pediatrii a medicínu životního stylu. Milovník cizích jazyků, cestování a horské turistiky.

Přečtěte si více článků od tohoto autora