KMENOVÉ BUŇKY: TYPY, APLIKACE A KDE JSOU NALEZENY - NEUROPSYCHOLOGIE - 2025

Kmenové buňky jsou typem buněk, které se přirozeně vyskytují ve všech mnohobuněčných živých věcech. Vyznačují se schopností diferenciace na jakýkoli typ buňky a rozdělení na produkci více kmenových buněk.

Tento typ buňky je velmi důležitý již před narozením, protože několik dní po spojení se dva gamety začnou dělit a množit se a vytvářet kmenové buňky, které se specializují a vedou ke vzniku různých orgánů a tkání těla embrya.

Kmenové buňky ilustrace

Důležitost kmenových buněk spočívá v jejich úžasném potenciálu vývoje a formování téměř jakéhokoli typu buňky. Tuto schopnost lze použít k opravě a doplnění poškozených nebo zničených buněk.

V současné době je klinická aplikace kmenových buněk zkoumána u mnoha onemocnění, jako jsou Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba nebo některé vrozené stavy. Kromě toho již existují produkty založené na kmenových buňkách, které se začaly používat v mezinárodním lékařství v ortopedické medicíně.

Existují kmenové buňky u dospělých nebo pouze u dětí?

Kmenové buňky stále existují u dospělých jedinců, i když v menším množství a s menším potenciálem než v embryonálním stadiu.

Tyto kmenové buňky jsou přítomny v určitých strukturách, jako je kostní dřeň, svaly a mozek; Díky nim lze poškozené buňky vyměnit a orgány mohou normálně fungovat.

Jaké rozdíly mají s jinými typy buněk?

Obecně lze říci, že kmenové buňky mají tři hlavní vlastnosti, které je odlišují od ostatních buněk:

• Mohou se reprodukovat po dlouhou dobu.
• Nejsou specializovaní.
• Mohou se specializovat na jakýkoli typ buňky.

Díky těmto vlastnostem jsou potenciálně prospěšné k léčbě některých onemocnění způsobených opotřebením nebo degenerací některých buněk, jako jsou neurodegenativní choroby.

Tyto neuvěřitelné vlastnosti kmenových buněk byly poprvé zkoumány teprve před 35 lety, v roce 1981, když skupina vědců zjistila, že je možné extrahovat kmenové buňky z myšího embrya.

Teprve v roce 1998 bylo možné studie na myších extrapolovat na člověka, kdy byly první kmenové buňky extrahovány z lidských embryí a kultivovány in vitro za účelem studia jejich funkce a vlastností. Tyto kmenové buňky se nazývají embryonální kmenové buňky.

V roce 2006 došlo k dalšímu milníku v historii studií kmenových buněk, skupina vědců objevila, jak by bylo možné některé dospělé buňky geneticky přeprogramovat, aby vznikly kmenové buňky, které se mohou specializovat na některé typy buněk. Tento typ kmenové buňky se nazývá indukovaná pluripotentní kmenová buňka (iPS).

Ačkoli za těchto 35 let bylo ve výzkumu kmenových buněk dosaženo velkého pokroku, stále je zapotřebí více studií, aby bylo možné je lépe pochopit a bylo možné je použít při vytváření nových terapií a při studiu normativního vývoje u lidí.

Druhy kmenových buněk

Kmenové buňky mohou být široce roztříděny podle úrovně zrání na indukované embryonální, fetální, dospělé kmenové buňky a indukované pluripotentní kmenové buňky.

Ne všechny kmenové buňky mají stejný potenciál diferenciace na jakýkoli typ buňky. V závislosti na typu buněk, ve kterých lze kmenové buňky diferencovat, mohou být:

Totipotent (nebo všemocný)

Morula, totipotentní buňka. Zdroj: Pidalka44 Mohou se rozlišit na jakýkoli typ buňky. Tyto buňky lze nalézt pouze v morule (soubor buněk, které se vyskytují po spojení dvou gamet) a teoreticky v embryích, ačkoli embryonální kmenové buňky dosud nebyly schopny vyvinout a vytvořit všechny typy buněk.

Pluripotentní

Kolonie lidských embryonálních kmenových buněk. Zdroj: Public domain

Jsou dalším krokem pro totipotentní kmenové buňky a mohou se diferencovat na téměř jakýkoli typ buňky. Embryonální buněčné kultury a indukované kmenové buňky jsou pluripotentní.

Multipotentní

Konfokální mikrofotografie GFP-pozitivních nervových prekurzorových buněk (zelená) v čichové čichové žárovce. Zdroj: Oleg Tsupykov Mohou se diferencovat na širokou škálu buněk, ale pouze ty, které patří do skupiny příbuzných buněk. Například multipotentní buňky v srdci se mohou rozlišovat pouze na tkáně, které tvoří srdce. Tyto buňky lze sbírat z plodů.

Oligopotentní

Nezralé myeloidní (oligopotentní) dendritické buňky Zdroj: Josef Neumüller, Sylvia Emanuela Neumüller-Guber, Johannes Huber, Adolf Ellinger a Thomas Wagner Mohou se rozlišit do několika typů buněk, například za účelem vytvoření stejné tkáně. Dospělé kmenové buňky jsou oligopotentní.

Unipotent

Hematocyty typu fetálních hepatolastů (unipotentní kmenové buňky). Zdroj: Ústav histologie, Jagellonská univerzita Lékařská fakulta Mohou se rozlišit pouze do jednoho typu buňky. Tyto kmenové buňky se liší od normálních dospělých buněk v tom, že si uchovávají své reprodukční vlastnosti po dlouhou dobu (před diferenciací). Tento typ kmenových buněk lze nalézt například v některých svalech.

Embryonální kmenová buňka

Embryonální kmenové buňky myši. Zdroj: National Science Foundation

Embryonální kmenové buňky jsou extrahovány z embryí. Většina pochází z gamet, které byly oplodněny in vitro, a nikoli z přirozeně těhotných žen. Teoreticky jsou totipotentní, to znamená, že mohou vyvolat jakýkoli typ buněk, i když v současné době lze v laboratoři kultivovat pouze některé typy buněk.

Jakmile jsou kmenové buňky extrahovány, provede se kultivace, ve které se buňky a nutriční materiál (kultivační médium) zavedou do laboratorní misky. V kultuře buňky rostou a začnou se dělit a vytvářejí tenkou vrstvu, která se rozprostírá po celém povrchu desky.

Fetální kmenové buňky

Fetální kmenová buňka. Zdroj: Teixeira, J., Rueda, BR a Pru, JK, buňky děložních kmenů (30. září 2008), StemBook, ed. Komunita pro výzkum kmenových buněk, StemBook, doi / 10.3824 / stembook.1.16.1, Plodové kmenové buňky se získávají z plodů (od 10. týdne těhotenství). Tyto buňky se nacházejí ve většině tkání plodu.

Tyto kmenové buňky jsou multipotentní, to znamená, že se mohou diferencovat na některé typy buněk, které jsou spojené například v několika podobných tkáních za vzniku stejného orgánu.

Dospělé kmenové buňky

Mikrofotografie dospělé kmenové buňky ukazující typické ultrastrukturální rysy. Zdroj: Robert M. Hunt, Creative Commons Attribution

V některých dospělých tkáních, jako je kůže, svaly, střevo a kostní dřeň, existují dospělé kmenové buňky, které se mohou proliferovat a diferencovat na buňky stejné tkáně, aby nahradily mrtvé nebo poškozené buňky, takže se jedná o oligopoenty. Dospělé kmenové buňky lze také nalézt v pupečníkové krvi.

Například v kostní dřeni jsou krevní kmenové buňky, které dozrávají na zralé krvinky (červené krvinky, bílé krvinky nebo krevní destičky).

Výzkum s tímto typem buněk je velmi pokročilý a v současné době se provádějí dospělé transplantace kmenových buněk z kostní dřeně nebo z pupečníkové krve k léčbě onemocnění krve, jako jsou myelodysplastické a myeloproliferativní syndromy.

Terapeutický potenciál jiných dospělých kmenových buněk, jako jsou mezenchymální buňky, které produkují buňky z kostí, chrupavky a tuku, se v současné době zkoumá k léčbě onemocnění, jako je artritida.

Indukované pluripotentní kmenové buňky

Indukované pluripotentní kmenové buňky. Zdroj: Gepsteinova laboratoř

Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPS) jsou již specializované dospělé buňky (např. Z kůže), které byly geneticky přeprogramovány in vitro tak, aby měly vlastnosti embryonálních kmenových buněk.

Pro přeprogramování dospělých buněk se odebírají od dospělých a kultivují se na plotně, kde se vkládají viry vytvořené v laboratoři se specifickými geny, aby se integrovaly s buňkami a modifikovaly jejich genetické informace.

Přestože buňky iPS a embryonální buňky sdílejí mnoho charakteristik, nejsou zcela stejné, tyto rozdíly se v současné době zkoumají a nové postupy pro vytvoření iPS.

Ačkoliv je zapotřebí dalšího výzkumu, buňky iPS se již používají k testování účinku některých léků, které jsou v klinických studiích a očekává se, že budou užitečné pro transplantaci v blízké budoucnosti.

Transplantace buněk IPS se v současné době neprovádějí, protože některé studie na zvířatech vedly k rakovinovým formacím, pravděpodobně v důsledku techniky použité k přeprogramování buněk.

Kmenové buněčné kultury

Blastocysta má interně kmenové buňky. Zdroj: Gnzlndrs

Kultury kmenových buněk nejsou 100% účinné, existují chvíle, kdy buňky nerostou nebo nerozdělují. Když je však kultura efektivní, jsou odebrány skupiny kmenových buněk a jsou vytvořeny nové populace, které se budou nadále dělit a začnou se diferencovat. Kmenové buňky mohou být zmrazeny a uloženy v kterémkoli bodě procesu.

Během kultivace se kmenové buňky mohou spontánně seskupovat a specializovat na jakýkoli typ tkáně (svalová, nervová…). To, že jsou schopni se specializovat, je známkou toho, že buňky jsou udržovány v dobrém stavu, ale ideálně je proces specializace kontrolován vědci za účelem vytvoření specifických buněčných populací.

Pro kontrolu diferenciace embryonálních kmenových buněk vědci modulují chemické složení kultivačního média, čtverce nebo buněk samotných vložením specifických genů do něj.

Prostřednictvím několika studií byly vytvořeny protokoly naznačující, jaké parametry je třeba upravit a jak to udělat, aby se vytvořily specifické buněčné kultury.

V současné době se embryonální kmenové buňky u lidí neprovádějí, protože v některých studiích se zvířaty bylo pozorováno, že mohou vést k rozvoji rakoviny. Stále probíhá výzkum a mají velký slib pro budoucí léčbu.

Ošetření kmenových buněk

V současné době je nejstudovanějším a nejvíce praktickým klinickým využitím kmenových buněk transplantace krevních kmenových buněk (hematopoetických) z kostní dřeně nebo z pupeční šňůry. Používají se k léčbě problémů s krví a imunitním systémem a také k obnově poškozených buněk po chemoterapii nebo radioterapii.

Každý rok je v Evropě léčeno hemetapoetickými kmenovými buňkami každý rok více než 26 000 lidí. Onemocnění, která mohou být v současné době léčena transplantací, jsou:

Leukémie a lymfomy

• Akutní myeloidní leukémie.
• Akutní lymfoblastická leukémie.
• Chronická myeloidní leukémie.
• Chronická lymfoblastická leukémie.
• Juvenilní myelomonocytární leukémie.
• Hodgkinův lymfom.
• Non-Hodgkinův lymfom.

Nemoci související s kostní dření

• Těžká aplastická anémie.
• Fanconiho anémie.
• Paroxysmální noční hemoglobinurie.
• Čistá aplázie červených krvinek.
• Vrozená trombocytopenie / amegakaryocytóza.
• Myeloproliferativní a myelodysplastický syndrom.
• Mnohočetný myelom.

Dědičné nemoci imunitního systému

• Těžká kombinovaná imunodeficience.
• Wiskott-Aldrichův syndrom.

Hemoglobinopatie (onemocnění červených krvinek)

• Beta thalassemia major.
• Nemoc srpkovitých buněk

Dědičné metabolické choroby

• Krabbeho choroba.
• Hurlerův syndrom.
• Adrenoleukodystrofie.
• Metachromatická leukodystrofie.

Další aplikace

Další aplikací transplantací kmenových buněk jsou kožní štěpy. Tato aplikace je možná nejstarší, protože byla používána od té doby, než skutečně pochopila, jak kmenové buňky fungovaly.

Kožní štěpy se obvykle provádějí pouze v extrémních případech, kdy osoba má poškozené oblasti kůže, například při těžkém popálení.

První kožní štěp byl proveden v roce 1970 a od té doby byla tato technika zdokonalena, i když stále ještě zbývá hodně daleko, protože v současné době nemůže štěpená kůže vyvinout vlasové pleti nebo potní žlázy.

Holoclar

Nejnovější aplikací kmenových buněk, která byla schválena v Evropě, je holoklar, léčba pro opravu poškození, které rohovka mohla utrpět, ať už jsou to rány nebo popáleniny.

Postup spočívá v extrahování malé části limbálních buněk v dobrém stavu, zodpovědném za opravu rohovky a jejich kultivaci v laboratoři, dokud nevytvoří tenkou vrstvu rohovky, kterou lze transplantovat do oka pacienta.

Tkáňová regenerace

Další možné aplikace kmenových buněk jsou zkoumány v klinických studiích. Hlavními aplikacemi nalezenými ve výzkumu jsou regenerace tkání a orgánů, léčba úrazů, léčba kardiovaskulárních chorob a léčba mozkových chorob.

Použití kmenových buněk pro regeneraci tkání a orgánů je možná jeho nejstudovanější aplikací. Pokud jsou orgány nebo tkáně vytvořeny z kmenových buněk, mohou být transplantovány lidem, kteří je potřebují, ve skutečnosti již byla vytvořena první ledvina s kmenovými buňkami a výsledky jsou slibné.

Kardiovaskulární choroby

Výsledky výzkumu používání kmenových buněk při léčbě kardiovaskulárních onemocnění jsou také velmi povzbudivé.

V roce 2013 skupina vědců z Massachusetts General Hospital (USA) vytvořila krevní cévy z částí lidských kmenových buněk, které byly implantovány do myší a správně fungovaly. V současné době výzkum probíhá a snaží se jej bezpečně aplikovat na člověka.

Onemocnění mozku

Použití kmenových buněk pro léčbu mozkových chorob, jako je Parkinsonova nebo Alzheimerova choroba, se studuje s využitím embryonálních kmenových buněk pro jejich diferenciační potenciál. Výsledky vypadají slibně, i když studie jsou stále ve velmi rané fázi.

Studie kmenových buněk se provádí nejen k léčbě nemocí, ale také k pochopení normálního vývoje zdravých buněk ak lepšímu pochopení některých procesů, jako je dělení buněk a diferenciace.

Reference

1. De Luca, M. (1. září 2015). Jaká onemocnění a stavy lze léčit kmenovými buňkami? Získáno od EuroStemCell.
2. Mezinárodní společnost pro výzkum kmenových buněk, ISSCR. (sf). Typy kmenových buněk. Citováno z 20. června 2016, z bližšího pohledu na kmenové buňky.
3. Ministerstvo vědy, technologie a produktivní inovace Argentinské republiky. (sf). Načteno 20. června 2016 z Incucai.
4. Národní institut zdraví. (5. března 2015). Informace o kmenové buňce. Získáno od National Institutes of Health.
5. Schöler, HR (2007). Potenciál kmenových buněk: Inventář. V N. Knoepffler, D. Schipanski, & SL Sorgner, Humanbiotechnology jako Social Challenge (str. 28). Ashgate Publishing.
6. O kmenových buňkách. (sf). Ošetření kmenových buněk. Citováno z 20. června 2016, ze sobrecélulasmadre.com.
7. Podmínky použití Zásady ochrany osobních údajů EEO / Příjemná akce Zaměstnavatel. (sf). Nemoci léčitelné transplantacemi. Získáno 20. června 2016, z zápasu Be.