Biologia Komórki/Komórki macierzyste

KOMÓRKI MACIERZYSTE

• Cechują się brakiem zróżnicowania i zdolnością do nieograniczonej liczby podziałów (dających w efekcie komórki o wyższym stopniu specjalizacji).
• Mają długi cykl komórkowy.
• Podziały mogą być symetryczne lub asymetryczne.
• Są bardzo plastyczne — komórki macierzyste uzyskane z jednego narządu mogą różnicować się w komórki wyspecjalizowane innych narządów (aby tak się stało muszą one zostać umieszczone w środowisku określonego narządu).
• Zastosowanie w produkcji organizmów transgenicznych.
• Duże nadzieje na postęp medyczny:
  • terapia komórkowa,
  • medycyna regeneracyjna,
  • zastępowanie chorych/uszkodzonych tkanek, dzięki embrionalnym komórkom macierzystym, które mogą potencjalnie zróżnicować się w każdy rodzaj komórek (problem — wprowadzone do dorosłego organizmu, zamiast integrować się, tworzą potworniaki),
  • ważne publikacje (warto przeczytać!):
    • o wyhodowaniu 2 linii komórek macierzystych z embrionu, bez jego zniszczenia (Klimanskaya I, Chung Y, Becker S, Lu SJ, Lanza R. Human embryonic stem cell lines derived from single blastomeres. Nature. 2006 Nov 23;444(7118):481-5. PMID: 16929302),
    • trzy niezależne publikacje dotyczące odróżnicowania fibroblastów do komórek pluripotentnych (takich, z których mogą powstawać wszystkie komórki organizmu człowieka z wyjątkiem komórek błon płodowych), które były w stanie podjąć embriogenezę po wprowadzeniu ich do rozwijającego się zarodka (Okita K, Ichisaka T, Yamanaka S. Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature. 2007 Jul 19;448(7151):313-7. PMID: 17554338; Wernig M, Meissner A, Foreman R, Brambrink T, Ku M, Hochedlinger K, Bernstein BE, Jaenisch R. In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state. Nature. 2007 Jul 19;448(7151):318-24. PMID: 17554336; Maherali N, Sridharan R, Xie W, Utikal J, Eminli S, Arnold K, Stadtfeld M, Yachechko R, Tchieu J, Jaenisch R, Plath K, Hochedlinger K. Directly Reprogrammed Fibroblasts Show Global Epigenetic Remodeling and Widespread Tissue Contribution. Cell Stem Cell. 2007 June 1(1):55-70).

Podział ze względu na możliwości różnicowania

• Totipotentne — różnicują do każdego typu komórek (także tworzących łożysko),
• pluripotentne — różnicują do każdego typu komórek (z wyjątkiem komórek łożyska),
• multipotentne — różnicują tylko do kilku typów komórek (o podobnych właściwościach i pochodzeniu embrionalnym — różnicują się w komórki, które pochodzą z tego samego listka zarodkowego),
• unipotentne (prekursorowe) — progenitorowe dla jednego typu komórek.

Podział ze względu na pochodzenie

Zarodkowe:

• Komórki macierzyste embrionalne — z komórek embrionalnych:
  • totipotentne (gdy pochodzą z kilkukomórkowego embrionu),
  • pluripotentne (gdy pochodzą z węzła zarodkowego blastocysty); wymagają do wzrostu fibroblastów zarodkowych.

Dorosłych organizmów:

• Komórki macierzyste somatyczne (dorosłe) — z tkanek dorosłych organizmów; w zróżnicowanych tkankach i narządach pewien procent komórek nie jest w pełni zróżnicowany; komórki te są w pewnym zakresie predeterminowane co do kierunku różnicowania się, więc są:
  • multipotentne,
  • unipotentne,
• To komórki obecne we wszystkich przebadanych dotąd tkankach.
• Prawdopodobnie wszystkie nowotwory wywodzą się z komórek macierzystych.
• Mają ograniczony czas życia — często obumierają podczas hodowli.
• Typy:
  • HSC — komórki krwi; źródła: szpik (0,5 – 3%), krew pępowinowa (0,1 – 0,5%), mobilizowana krew obwodowa (0,05 – 0,2%); zastosowanie: transplantacja szpiku w chorobach nowotworowych układu hematopoetycznego lub po radio-, chemioterapii.
  • MSC — mezenchymalne komórki macierzyste (kości, chrząstki, tkanka tłuszczowa, wątroba, płuca, śledziona, grasica, trzustka, nerka, ale także krew obwodowa i płodowa); najwięcej MSC u noworodków; liczba MSC spada wraz z wiekiem organizmu; zastosowanie: hamują namnażanie limfocytów, tworzą zręb szpiku kostnego i mechaniczne wsparcie dla komórek hematopoetycznych, mają zdolności immunomodulacyjne i immunosupresyjne, łagodzą przebieg zaburzeń mezenchymatycznych (np. przyspieszają gojenie ran czy tworzą środowisko, które sprzyja łagodzeniu uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego).

Podejście bioetyczne

Szybki rozwój nauk medycznych wymusza ustosunkowanie się do problemów etycznych, które towarzyszą tym zmianom. Nauka rozwija się w niezwykłym tempie, a jej efekty często wywołują odmienne odczucia i postawy. W krajach gdzie przyzwolenie społeczne na różnego typu badania naukowe jest duże (na przykład w Korei Południowej), badania naukowe mogą rozwijać się w sposób dynamiczny. Tutaj możliwe jest przeprowadzanie najśmielszych badań medycznych, które dla innych są absolutnie niedopuszczalne z perspektywy moralnej. To właśnie współczesna transplantologia i medycyna regeneracyjna są dziedzinami nauki, które skupiają w sobie kontrowersje etyczne dzisiejszej biologii i medycyny. W odniesieniu do komórek macierzystych pojawiają się następujące pytania i wątpliwości:

• Czy godzi nam się wykorzystywać ludzkie embriony?
• Czy możemy traktować je wyłącznie jako materiał biologiczny, który odpowiednio wykorzystany niesie ze sobą wielkie nadzieje i może doprowadzić do zatarcia różnicy między komórkami somatycznymi a zarodkowymi (opinia Ks. prof. PAT dr hab. Tadeusza Biesaga SDB z Katedry Bioetyki Papieskiej Akademii Teologicznej w Krakowie)? Inny przecież jest status macierzystej komórki zarodkowej, z której powstaje nowe życie. Ponadto w bioetyce personalistycznej embrion rozumiany jest jako nowy człowiek (ukształtowany jest odrębny genotyp, który określa niepowtarzalne cechy i właściwości rozwijającego się organizmu), który posiada ludzkich rodziców.
• Czy powinniśmy wykorzystywać metody oparte na klonowaniu? ekstracja komórek macierzystych embrionu nadliczbowego czy uzyskanego metodą klonowania — jawi się jako wysoce niemoralna (niszczenie jednego życia w celu próby ratowania innego)?
• Prof. Maria Dąmbska z Zakładu Neuropatologii Rozwojowej Centrum Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej PAN, zwraca uwagę na kontrowersyjne próby pozyskiwania materiału z płodów poronionych.
• Czy można stosować metody, w których nie do końca znane są konsekwencje (tutaj — konsekwencje manipulacji komórkowych)?
• Czy narażać człowieka aplikując komórki macierzyste do schorowanych organów (niebezpieczeństwo powstania nowotworu)?
• Czy nie powinniśmy szukać metod alternatywnych, nie wykorzystujących embrionów, lub wykorzystywać jedynie komórki macierzyste występujące w organizmach dojrzałych ludzi? Jednakże na obecnym etapie rozwoju medycyny, uzyskiwanie i zastosowanie komórek macierzystych z krwi pępowinowej czy dorosłego organizmu jest dość trudne. Ponadto, wydaje się, że pobrane od dorosłych osobników komórki wykazują tendencję do zbyt szybkiego starzenia.
• Czy metody z pogranicza etyki powinny być finansowane ze środków publicznych?

Z drugiej strony pojawiła się możliwość zaradzenia różnego typu schorzeniom (m.in. choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, cukrzyca, regeneracja tkanek czy całych narządów), z którymi do tej pory medycyna nie dawała sobie rady bądź była w stanie wyłącznie leczyć objawowo.

Biorąc pod uwagę powyższe rozważania wydaje się, że konieczna jest interdyscyplinarna dyskusja specjalistów wielu dziedzin, która pozwoli wypracować wspólne stanowisko na temat możliwości humanistycznego wykorzystania osiągnięć współczesnej biotechnologii medycznej.