KMEŇOVÉ BUNKY: TYPY, APLIKÁCIE A KDE SA NACHÁDZAJÚ - NEUROPSYCHOLOGY - 2024

Kmeňové bunky sú typom bunky, ktorá sa prirodzene vyskytuje vo všetkých mnohobunkových živých organizmoch . Vyznačujú sa vlastnosťou diferenciácie na akýkoľvek typ bunky a delením tak, aby produkovali viac kmeňových buniek.

Tento typ bunky je veľmi dôležitý už pred narodením, pretože niekoľko dní po vstupe do hry sa dva gaméty začnú deliť a množiť a vytvárať kmeňové bunky, ktoré sa špecializujú a vedú k vzniku rôznych orgánov a tkanív tela embrya.

Kmeňová bunková ilustrácia

Dôležitosť kmeňových buniek spočíva v ich úžasnom potenciáli rozvíjať sa a tvoriť takmer akýkoľvek typ bunky. Túto schopnosť je možné použiť na opravu a doplnenie poškodených alebo zničených buniek.

V súčasnosti sa klinické aplikácie kmeňových buniek skúmajú pri mnohých chorobách, ako sú Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba alebo niektoré vrodené stavy. Okrem toho už existujú produkty založené na kmeňových bunkách, ktoré sa začali používať na medzinárodnej úrovni v ortopedickej medicíne.

Existujú kmeňové bunky u dospelých alebo iba u detí?

Kmeňové bunky stále existujú u dospelých jedincov, aj keď v menšom množstve a s menším potenciálom ako v embryonálnom štádiu.

Tieto kmeňové bunky sú prítomné v určitých štruktúrach, ako je kostná dreň, svaly a mozog; Vďaka nim môžu byť poškodené bunky nahradené a orgány môžu naďalej normálne fungovať.

Aké rozdiely majú s ostatnými typmi buniek?

Všeobecne možno povedať, že kmeňové bunky majú tri hlavné vlastnosti, ktoré ich odlišujú od ostatných buniek:

• Môžu sa reprodukovať po dlhú dobu.
• Nie sú špecializovaní.
• Môžu sa špecializovať na akýkoľvek typ bunky.

Tieto vlastnosti ich robia potenciálne prospešnými pri liečbe niektorých chorôb spôsobených opotrebovaním alebo degeneráciou niektorých buniek, ako sú neurodegenatívne choroby.

Tieto neuveriteľné vlastnosti kmeňových buniek sa prvýkrát skúmali pred 35 rokmi, v roku 1981, keď skupina vedcov zistila, že je možné extrahovať kmeňové bunky z myšieho embrya.

Až v roku 1998 sa štúdie na myšiach mohli extrapolovať na ľudí, keď sa prvé kmeňové bunky extrahovali z ľudských embryí a kultivovali sa in vitro, aby sa študovala ich funkcia a vlastnosti. Tieto kmeňové bunky sa nazývajú embryonálne kmeňové bunky.

V roku 2006 došlo k ďalšiemu medzníku v histórii štúdie kmeňových buniek. Skupina vedcov zistila, ako by bolo možné geneticky preprogramovať niektoré dospelé bunky tak, aby vznikli kmeňové bunky, ktoré sa môžu špecializovať na niektoré typy buniek. Tento typ kmeňovej bunky sa nazýva indukovaná pluripotentná kmeňová bunka (iPS).

Aj keď sa za posledných 35 rokov vo výskume kmeňových buniek dosiahol veľký pokrok, stále je potrebných viac štúdií, aby sme ich lepšie pochopili a boli schopní ich využiť pri vytváraní nových terapií a pri štúdiu normatívneho vývoja u ľudí.

Druhy kmeňových buniek

Kmeňové bunky je možné široko kategorizovať podľa úrovne dozrievania na indukované embryonálne, fetálne, dospelé kmeňové bunky a indukované pluripotentné kmeňové bunky.

Nie všetky kmeňové bunky majú rovnaký potenciál na diferenciáciu na akýkoľvek typ bunky. V závislosti od typu buniek, v ktorých možno kmeňové bunky rozlíšiť, môžu byť:

Totipotent (alebo všemocný)

Morula, totipotentná bunka. Zdroj: Pidalka44 Môžu sa diferencovať na akýkoľvek typ bunky. Tieto bunky sa nachádzajú iba v morule (množine buniek, ktoré sa vyskytujú po spojení oboch gamét), a teoreticky v embryách, hoci embryonálne kmeňové bunky sa doteraz nedokázali vyvinúť a vytvoriť všetky typy buniek.

pluripotentné

Kolónia ľudských embryonálnych kmeňových buniek. Zdroj: public domain

Sú ďalším krokom pre totipotentné kmeňové bunky a môžu sa diferencovať na takmer akýkoľvek typ bunky. Embryonálne bunkové kultúry a indukované kmeňové bunky sú pluripotentné.

multipotentní

Konfokálny mikrograf GFP-pozitívnych nervových prekurzorových buniek (zelený) v čuchovej cibuľke potkana. Zdroj: Oleg Tsupykov Môžu sa diferencovať na široké spektrum buniek, ale iba tie, ktoré patria do skupiny príbuzných buniek. Napríklad multipotentné bunky v srdci sa môžu diferencovať iba na tkanivá, ktoré tvoria srdce. Tieto bunky sa môžu zbierať z plodov.

Oligopotent

Nezrelé myeloidné (oligopotentné) dendritické bunky Zdroj: Josef Neumüller, Sylvia Emanuela Neumüller-Guber, Johannes Huber, Adolf Ellinger a Thomas Wagner Môžu sa diferencovať na niekoľko typov buniek, napríklad na vytvorenie rovnakého tkaniva. Dospelé kmeňové bunky sú oligopotentné.

unipotentních

Hematocyty typu fetálnych hepatolastov (unipotentné kmeňové bunky). Zdroj: Katedra histológie, Jagellonská univerzita, lekárska fakulta. Dajú sa rozlíšiť iba do jedného typu bunky. Tieto kmeňové bunky sa líšia od normálnych dospelých buniek v tom, že si zachovávajú svoju reprodukčnú vlastnosť po dlhú dobu (pred diferenciáciou). Tento typ kmeňových buniek možno nájsť napríklad v niektorých svaloch.

Embryonálna kmeňová bunka

Embryonálne kmeňové bunky myši. Zdroj: National Science Foundation

Embryonálne kmeňové bunky sa extrahujú z embryí. Väčšina z nich pochádza z gamét oplodnených in vitro a nie z prirodzene tehotných žien. Teoreticky sú totipotentné, to znamená, že môžu viesť k vzniku akéhokoľvek typu buniek, hoci v súčasnosti je možné v laboratóriu kultivovať iba niektoré typy buniek.

Po extrakcii kmeňových buniek sa uskutoční kultivácia, pri ktorej sa bunky a nutričný materiál (kultivačné médium) zavedú do laboratórnej misky. V kultúre bunky rastú a začínajú sa deliť a vytvára tenkú vrstvu, ktorá sa rozprestiera po celom povrchu platne.

Plodové kmeňové bunky

Plodové kmeňové bunky. Zdroj: Teixeira, J., Rueda, BR a Pru, JK, bunky maternicových kmeňov (30. september 2008), StemBook, ed. Komunita pre výskum kmeňových buniek, StemBook, doi / 10.3824 / stembook.1.16.1, http://www.stembook.org.

Plodové kmeňové bunky sa získavajú z plodov (od 10. týždňa gravidity). Tieto bunky sa nachádzajú vo väčšine tkanív plodu.

Tieto kmeňové bunky sú multipotentné, to znamená, že sa môžu diferencovať na niektoré typy buniek, ktoré sú príbuzné napríklad vo viacerých podobných tkanivách a vytvárajú ten istý orgán.

Dospelé kmeňové bunky

Mikrograf dospelej kmeňovej bunky vykazujúci typické ultraštrukturálne vlastnosti. Zdroj: Robert M. Hunt, Creative Commons Attribution

V niektorých dospelých tkanivách, ako je koža, svaly, črevo a kostná dreň, existujú dospelé kmeňové bunky, ktoré sa môžu množiť a diferencovať na bunky rovnakého tkaniva, aby nahradili odumreté alebo poškodené bunky, takže sú oligopoenty. Dospelé kmeňové bunky sa tiež nachádzajú v pupočníkovej krvi.

Napríklad v kostnej dreni sú krvné kmeňové bunky, ktoré dozrievajú na zrelé krvné bunky (červené krvinky, biele krvinky alebo krvné doštičky).

Výskum s týmito typmi buniek je v pokročilom štádiu a v súčasnosti sa uskutočňuje transplantácia dospelých kmeňových buniek z kostnej drene alebo z pupočníkovej krvi na liečenie chorôb krvi, ako sú myelodysplastické a myeloproliferatívne syndrómy.

Terapeutický potenciál iných dospelých kmeňových buniek, ako sú mezenchymálne bunky, ktoré produkujú bunky z kostí, chrupavky a tuku, sa v súčasnosti skúma na liečenie chorôb, ako je artritída.

Indukované pluripotentné kmeňové bunky

Indukované pluripotentné kmeňové bunky. Zdroj: Gepsteinovo laboratórium

Indukované pluripotentné kmeňové bunky (iPS) sú už špecializované dospelé bunky (napr. Z kože), ktoré boli geneticky preprogramované in vitro tak, aby mali vlastnosti embryonálnych kmeňových buniek.

Na preprogramovanie dospelých buniek sa bunky odobrali od dospelých a kultivovali sa na doštičke, do ktorej sa vkladajú vírusy vytvorené v laboratóriu so špecifickými génmi, aby sa integrovali s bunkami a modifikovali ich genetické informácie.

Aj keď bunky iPS a embryonálne bunky majú veľa charakteristík, nie sú úplne rovnaké, tieto rozdiely sa v súčasnosti skúmajú, ako aj nové postupy na vytvorenie iPS.

Aj keď je potrebný ďalší výskum, bunky iPS sa už používajú na testovanie účinku niektorých liekov, ktoré sú v klinických skúškach a očakáva sa, že budú užitočné pre transplantáciu v blízkej budúcnosti.

Transplantácie IPS buniek sa v súčasnosti nevykonávajú, pretože niektoré štúdie na zvieratách viedli k rakovinovým formáciám, pravdepodobne v dôsledku techniky použitej na preprogramovanie buniek.

Kmeňové bunkové kultúry

Blastocysta má interne kmeňové bunky. Zdroj: Gnzlndrs

Kmeňové bunkové kultúry nie sú stopercentne účinné, niekedy sú bunky nerastú alebo nerozdeľujú. Keď je kultúra účinná, odoberú sa skupiny kmeňových buniek a vytvoria sa nové populácie, ktoré sa budú naďalej deliť a začnú sa diferencovať. Kmeňové bunky sa môžu zmraziť a uložiť v ktoromkoľvek bode procesu.

Počas kultivácie sa kmeňové bunky môžu spontánne zoskupiť a špecializovať sa na akýkoľvek typ tkaniva (svalové, nervové …). To, že sú schopní sa špecializovať, je znakom toho, že bunky sú udržiavané v dobrom stave, ale v ideálnom prípade je proces špecializácie riadený výskumníkmi, aby vytvorili špecifické bunkové populácie.

Na reguláciu diferenciácie embryonálnych kmeňových buniek výskumníci modulujú chemické zloženie kultivačného média, štvorca alebo buniek samotných vložením špecifických génov do neho.

Prostredníctvom viacerých štúdií sa vytvorili protokoly naznačujúce, ktoré parametre sa musia modifikovať a ako to urobiť, aby sa vytvorili špecifické bunkové kultúry.

V súčasnosti sa u ľudí nevykonávajú transplantáty embryonálnych kmeňových buniek, pretože v niektorých štúdiách na zvieratách sa zistilo, že môžu viesť k rozvoju rakoviny. Stále prebieha výskum a sú veľkým prísľubom pre ďalšie liečby.

Ošetrenie kmeňových buniek

V súčasnosti je najviac študovaným a praktickým klinickým použitím kmeňových buniek transplantácia krvných kmeňových buniek (krvotvorba) z kostnej drene alebo pupočníka. Používajú sa na liečbu problémov s krvou a imunitným systémom, ako aj na obnovu poškodených buniek po chemoterapii alebo rádioterapii.

Každý rok sa v Európe lieči hemetapoetickými kmeňovými bunkami každý rok viac ako 26 000 ľudí. Choroby, ktoré sa v súčasnosti môžu liečiť transplantáciou, sú:

Leukémie a lymfómy

• Akútna myeloidná leukémia.
• Akútna lymfoblastická leukémia.
• Chronická myeloidná leukémia.
• Chronická lymfoblastická leukémia.
• Juvenilná myelomonocytová leukémia.
• Hodgkinov lymfóm.
• Non-Hodgkinov lymfóm.

Choroby súvisiace s kostnou dreňou

• Ťažká aplastická anémia.
• Anémia Fanconiho.
• Paroxyzmálna nočná hemoglobinúria.
• Čistá aplázia červených krviniek.
• Vrodená trombocytopénia / amegakaryocytóza.
• Myeloproliferatívny a myelodysplastický syndróm.
• Mnohopočetný myelóm.

Dedičné ochorenia imunitného systému

• Závažná kombinovaná imunodeficiencia.
• Wiskott-Aldrichov syndróm.

Hemoglobinopatie (choroby červených krviniek)

• Beta talasémia major.
• Kosáčikovitá choroba

Dedičné metabolické choroby

• Krabbeho choroba.
• Hurlerov syndróm.
• Adrenoleukodystrofie.
• Metachromatická leukodystrofia.

Ďalšie aplikácie

Ďalšou aplikáciou transplantátov kmeňových buniek sú kožné štepy. Táto aplikácia je pravdepodobne najstaršia, pretože sa používa už predtým, než skutočne pochopila, ako kmeňové bunky fungujú.

Kožné štepy sa zvyčajne robia iba v extrémnych prípadoch, keď má osoba poškodené veľké plochy kože, napríklad pri silnom popálení.

Prvý kožný štep sa uskutočnil v roku 1970 a odvtedy sa táto technika zdokonalila, aj keď ešte stále je ešte veľa ďaleko, pretože štepená koža v súčasnosti nie je schopná vyvinúť vlasové plsti alebo potné žľazy.

Holoclar

Najnovšou aplikáciou kmeňových buniek, ktorá bola schválená v Európe, je holoklar, liečba na opravu poškodenia rohovky, či už ide o rany alebo popáleniny.

Tento postup spočíva v extrakcii malej časti limbálnych buniek v dobrom stave, zodpovednom za opravu rohovky a ich kultivácii v laboratóriu, kým nevytvoria tenkú vrstvu rohovky, ktorú je možné transplantovať do oka pacienta.

Tkanivová regenerácia

Ďalšie možné aplikácie kmeňových buniek sa skúmajú v klinických skúškach. Hlavnými aplikáciami nachádzajúcimi sa vo výskume sú regenerácia tkanív a orgánov, liečba zranení, liečba kardiovaskulárnych chorôb a liečba mozgových ochorení.

Použitie kmeňových buniek na regeneráciu tkanív a orgánov je pravdepodobne najviac študovanou aplikáciou. Ak sú orgány alebo tkanivá vytvorené z kmeňových buniek, môžu byť transplantované ľuďom, ktorí ich potrebujú. V skutočnosti už bola vytvorená prvá oblička s kmeňovými bunkami a výsledky sú sľubné.

Srdcovo-cievne ochorenia

Výsledky výskumu týkajúceho sa použitia kmeňových buniek pri liečbe kardiovaskulárnych chorôb sú tiež veľmi povzbudivé.

V roku 2013 skupina vedcov z Všeobecnej nemocnice v Massachusetts (USA) vytvorila krvné cievy z častí ľudských kmeňových buniek, ktoré boli implantované do myší a správne fungovali. V súčasnosti výskum pokračuje a snaží sa ho bezpečne uplatniť na ľudí.

Choroby mozgu

Použitie kmeňových buniek na liečenie mozgových ochorení, ako sú Parkinsonova alebo Alzheimerova choroba, sa študuje s použitím embryonálnych kmeňových buniek pre ich diferenciačný potenciál. Výsledky vyzerajú sľubne, hoci štúdie sú stále vo veľmi skorom štádiu.

Štúdium kmeňových buniek sa nevykonáva iba na liečenie chorôb, ale aj na pochopenie normálneho vývoja zdravých buniek a na lepšie pochopenie niektorých procesov, ako je delenie buniek a diferenciácia.

Referencie

1. De Luca, M. (1. september 2015). Aké choroby a stavy možno liečiť kmeňovými bunkami? Získané z EuroStemCell.
2. Medzinárodná spoločnosť pre výskum kmeňových buniek, ISSCR. (SF). Druhy kmeňových buniek. Získané 20. júna 2016, z bližšieho pohľadu na kmeňové bunky.
3. Ministerstvo vedy, technológií a produktívnych inovácií Argentínskej republiky. (SF). Načítané 20. júna 2016, z Incucai.
4. Národné zdravotné ústavy. (5. marca 2015). Informácie o kmeňových bunkách. Získané od National Institutes of Health.
5. Schöler, HR (2007). Potenciál kmeňových buniek: Inventár. V N. Knoepffler, D. Schipanski a SL Sorgner, Humanbiotechnology ako Social Challenge (s. 28). Ashgate Publishing.
6. O kmeňových bunkách. (SF). Ošetrenie kmeňových buniek. Našiel sa 20. júna 2016, z sobrecélulasmadre.com.
7. Podmienky používania Zásady ochrany osobných údajov EEO / súhlasná akcia Zamestnávateľ. (SF). Choroby liečiteľné transplantáciami. Získané 20. júna 2016, od zápasu Be.