Co jsou kmenové buňky a co dělají?
Buňky v těle mají specifické účely, ale kmenové buňky jsou buňky, které ještě nemají určitou roli a mohou se stát téměř jakoukoli požadovanou buňkou.
Kmenové buňky jsou nediferencované buňky, které se mohou přeměnit na specifické buňky, jak je tělo potřebuje.
Vědci a lékaři se zajímají o kmenové buňky, protože pomáhají vysvětlit, jak fungují některé funkce těla a jak se někdy zhoršují.
Kmenové buňky také slibují léčbu některých nemocí, které v současné době nemají léčbu.
Zdroje kmenových buněk
Kmenové buňky pocházejí ze dvou hlavních zdrojů: dospělých tělních tkání a embryí. Vědci také pracují na způsobech vývoje kmenových buněk z jiných buněk pomocí genetických technik „přeprogramování“.
Dospělé kmenové buňky
Kmenové buňky se mohou změnit na jakýkoli typ buněk, než se diferencují.
Tělo člověka obsahuje kmenové buňky po celý život. Tělo může tyto kmenové buňky použít, kdykoli je potřebuje.
Také se nazývají tkáňově specifické nebo somatické kmenové buňky, dospělé kmenové buňky existují v celém těle od okamžiku vývoje embrya.
Buňky jsou ve nespecifickém stavu, ale jsou více specializované než embryonální kmenové buňky. Zůstávají v tomto stavu, dokud je tělo nepotřebuje pro konkrétní účel, řekněme jako kožní nebo svalové buňky.
Každodenní život znamená, že tělo neustále obnovuje své tkáně. V některých částech těla, jako jsou střeva a kostní dřeň, se kmenové buňky pravidelně dělí a vytvářejí nové tkáně těla pro údržbu a opravy.
Kmenové buňky jsou přítomny uvnitř různých typů tkání. Vědci našli kmenové buňky v tkáních, včetně:
- mozek
- kostní dřeň
- krev a krevní cévy
- kosterní svalstvo
- kůže
- játra
Může však být obtížné najít kmenové buňky. Mohou zůstat nerozdělovači a nespecifičtí po celá léta, dokud je tělo nepřivolá k opravě nebo růstu nové tkáně.
Dospělé kmenové buňky se mohou neomezeně dělit nebo obnovovat. To znamená, že mohou generovat různé typy buněk z původního orgánu nebo dokonce zcela regenerovat původní orgán.
Toto dělení a regenerace spočívají v tom, jak se rána na kůži hojí, nebo jak se může orgán, jako je například játra, po poškození sám opravit.
V minulosti vědci věřili, že dospělé kmenové buňky se mohou diferencovat pouze na základě jejich tkáně původu. Některé důkazy však nyní naznačují, že se mohou také odlišit, aby se staly jinými typy buněk.
Embryonální kmenové buňky
Od samého počátku těhotenství, poté, co spermie oplodní vajíčko, se vytvoří embryo.
Asi 3–5 dní poté, co spermie oplodní vajíčko, má embryo podobu blastocysty nebo koule buněk.
Blastocyst obsahuje kmenové buňky a později se implantuje do dělohy. Embryonální kmenové buňky pocházejí z blastocysty staré 4–5 dní.
Když vědci odebírají kmenové buňky z embryí, jedná se obvykle o další embrya, která jsou výsledkem oplodnění in vitro (IVF).
Na klinikách IVF lékaři oplodnili několik vajíček ve zkumavce, aby zajistili, že alespoň jedno přežije. Poté zahájí těhotenství omezený počet vajíček.
Když spermie oplodní vajíčko, tyto buňky se spojí a vytvoří jednu buňku zvanou zygota.
Tato jednobuněčná zygota se poté začne dělit a vytvoří 2, 4, 8, 16 buněk atd. Nyní je to embryo.
Brzy a předtím, než se embryo implantuje do dělohy, je tato hmota přibližně 150–200 buněk blastocystou. Blastocyst se skládá ze dvou částí:
- vnější buněčná hmota, která se stává součástí placenty
- vnitřní buněčná hmota, která se vyvine do lidského těla
Vnitřní buněčná hmota je místem, kde se nacházejí embryonální kmenové buňky. Vědci nazývají tyto totipotentní buňky. Termín totipotentní označuje skutečnost, že mají celkový potenciál vyvinout se do jakékoli buňky v těle.
Při správné stimulaci se z buněk mohou stát krvinky, kožní buňky a všechny ostatní typy buněk, které tělo potřebuje.
Na počátku těhotenství fáze blastocyst pokračuje asi 5 dní před tím, než se embryo implantuje do dělohy nebo dělohy. V této fázi se kmenové buňky začínají diferencovat.
Embryonální kmenové buňky se mohou diferencovat na více buněčných typů než dospělé kmenové buňky.
Mezenchymální kmenové buňky (MSC)
MSC pocházejí z pojivové tkáně nebo stromatu, které obklopují orgány těla a další tkáně.
Vědci použili MSC k vytvoření nových tělesných tkání, jako jsou kosti, chrupavky a tukové buňky. Jednoho dne mohou hrát roli při řešení celé řady zdravotních problémů.
Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPS)
Vědci je vytvářejí v laboratoři pomocí kožních buněk a dalších buněk specifických pro tkáně. Tyto buňky se chovají podobně jako embryonální kmenové buňky, takže by mohly být užitečné pro vývoj celé řady terapií.
Je však zapotřebí více výzkumu a vývoje.
Pro pěstování kmenových buněk vědci nejdříve extrahují vzorky z dospělé tkáně nebo embrya. Poté umístí tyto buňky do kontrolované kultury, kde se budou dělit a množit, ale dále se nebude specializovat.
Kmenové buňky, které se dělí a reprodukují v kontrolované kultuře, se nazývají linie kmenových buněk.
Vědci spravují a sdílejí linie kmenových buněk pro různé účely. Mohou stimulovat kmenové buňky, aby se specializovaly určitým způsobem. Tento proces se nazývá řízená diferenciace.
Doposud bylo snazší pěstovat velké množství embryonálních kmenových buněk než dospělých kmenových buněk. Vědci však dosahují pokroku u obou typů buněk.
Druhy kmenových buněk
Vědci kategorizují kmenové buňky podle jejich potenciálu diferenciace na jiné typy buněk.
Embryonální kmenové buňky jsou nejúčinnější, protože jejich úkolem je stát se každým typem buňky v těle.
Úplná klasifikace zahrnuje:
Totipotentní: Tyto kmenové buňky se mohou diferencovat na všechny možné typy buněk. Prvních několik buněk, které se objeví, když se zygota začne dělit, je totipotentní.
Pluripotentní: Tyto buňky se mohou změnit na téměř jakoukoli buňku. Buňky z raného embrya jsou pluripotentní.
Multipotentní: Tyto buňky se mohou diferencovat na blízce příbuznou rodinu buněk. Například z dospělých krvetvorných buněk se mohou stát červené a bílé krvinky nebo krevní destičky.
Oligopotentní: Mohou se diferencovat na několik různých typů buněk. Dospělé lymfoidní nebo myeloidní kmenové buňky to dokážou.
Unipotentní: Mohou produkovat pouze buňky jednoho druhu, což je jejich vlastní typ. Stále jsou to však kmenové buňky, protože se mohou obnovovat. Příklady zahrnují dospělé svalové kmenové buňky.
Embryonální kmenové buňky jsou považovány za pluripotentní místo za totipotentní, protože se nemohou stát součástí mimembryonálních membrán nebo placenty.
Použití
Samotné kmenové buňky neslouží žádnému jedinému účelu, ale jsou důležité z několika důvodů.
Za prvé, se správnou stimulací může mnoho kmenových buněk převzít roli jakéhokoli typu buňky a mohou regenerovat poškozenou tkáň za správných podmínek.
Tento potenciál by mohl zachránit životy nebo opravit rány a poškození tkání u lidí po nemoci nebo úrazu. Vědci vidí mnoho možných použití kmenových buněk.
Regenerace tkáně
Regenerace tkání je pravděpodobně nejdůležitějším použitím kmenových buněk.
Doposud musel člověk, který potřeboval například novou ledvinu, počkat na dárce a poté podstoupit transplantaci.
Existuje nedostatek dárcovských orgánů, ale instruováním kmenových buněk určitým způsobem diferencovat by je vědci mohli použít k pěstování konkrétního typu tkáně nebo orgánu.
Například lékaři již použili kmenové buňky těsně pod povrchem kůže k vytvoření nové kožní tkáně. Poté mohou opravit těžké popáleniny nebo jiné zranění naroubováním této tkáně na poškozenou kůži a nová kůže doroste.
Léčba kardiovaskulárních chorob
V roce 2013 ohlásil tým výzkumníků z Massachusetts General Hospital PNAS Early Edition že vytvořili krevní cévy u laboratorních myší pomocí lidských kmenových buněk.
Během 2 týdnů po implantaci kmenových buněk se vytvořily sítě krevně prokrvených cév. Kvalita těchto nových krevních cév byla stejně dobrá jako blízké přirozené.
Autoři doufali, že tento typ techniky může nakonec pomoci při léčbě lidí s kardiovaskulárními a cévními chorobami.
Léčba onemocnění mozku
Lékaři mohou jednoho dne být schopni použít náhradní buňky a tkáně k léčbě mozkových onemocnění, jako je Parkinsonova choroba a Alzheimerova choroba.
Například u Parkinsonovy choroby vede poškození mozkových buněk k nekontrolovaným pohybům svalů. Vědci mohli použít kmenové buňky k doplnění poškozené mozkové tkáně. To by mohlo přivést zpět specializované mozkové buňky, které zastaví nekontrolované pohyby svalů.
Vědci se již pokusili diferencovat embryonální kmenové buňky na tyto typy buněk, takže léčba je slibná.
Léčba buněčného deficitu
Vědci doufají, že jednoho dne budou schopni vyvinout zdravé srdeční buňky v laboratoři, kterou mohou transplantovat lidem se srdečními chorobami.
Tyto nové buňky by mohly napravit poškození srdce repopulací srdce zdravou tkání.
Podobně lidé s diabetem typu I mohou dostávat buňky pankreatu, aby nahradili buňky produkující inzulín, které jejich vlastní imunitní systém ztratil nebo zničil.
Jedinou současnou terapií je transplantace pankreatu a k transplantaci je k dispozici velmi málo pankreatů.
Léčba krevních chorob
Lékaři nyní běžně používají dospělé hematopoetické kmenové buňky k léčbě nemocí, jako je leukémie, srpkovitá anémie a další problémy s imunodeficiencí.
Hematopoetické kmenové buňky se vyskytují v krvi a kostní dřeni a mohou produkovat všechny typy krvinek, včetně červených krvinek, které přenášejí kyslík, a bílých krvinek, které bojují s chorobami.
Darování nebo sběr kmenových buněk
Lidé mohou darovat kmenové buňky na pomoc milované osobě, případně pro vlastní potřebu v budoucnu.
Dary mohou pocházet z následujících zdrojů:
Kostní dřeň: Tyto buňky se odebírají v celkovém anestetiku, obvykle z kyčle nebo pánevní kosti. Technici poté izolují kmenové buňky z kostní dřeně pro skladování nebo darování.
Periferní kmenové buňky: Osoba dostane několik injekcí, které způsobí, že jejich kostní dřeň uvolní kmenové buňky do krve. Poté je z těla odstraněna krev, přístroj odděluje kmenové buňky a lékaři krev vracejí zpět do těla.
Pupečníková krev: Kmenové buňky lze po porodu odebrat z pupečníku, aniž by došlo k poškození dítěte. Někteří darují pupečníkovou krev a jiní ji uskladňují.
Tento sběr kmenových buněk může být drahý, ale výhody pro budoucí potřeby zahrnují:
- kmenové buňky jsou snadno přístupné
- menší pravděpodobnost odmítnutí transplantované tkáně, pokud pochází z vlastního těla příjemce
Výzkum a vědecký objev
Kmenové buňky jsou užitečné nejen jako potenciální terapie, ale také pro výzkumné účely.
Vědci například zjistili, že zapnutí nebo vypnutí konkrétního genu může způsobit jeho diferenciaci. Vědí to, že jim to pomáhá zjistit, které geny a mutace způsobují, jaké účinky.
Vyzbrojeni těmito znalostmi mohou být schopni zjistit, co způsobuje širokou škálu nemocí a stavů, z nichž některé dosud nemají léčbu.
Abnormální buněčné dělení a diferenciace jsou zodpovědné za stavy, které zahrnují rakovinu a vrozená postižení pocházející z narození. Vědět, co způsobuje nesprávné dělení buněk, by mohlo vést k vyléčení.
Kmenové buňky mohou také pomoci při vývoji nových léků. Místo testování léků na lidských dobrovolnících mohou vědci posoudit, jak lék ovlivňuje normální a zdravou tkáň, testováním na tkáni vypěstované z kmenových buněk.
Video: Co jsou kmenové buňky?
Podívejte se na video a zjistěte více o kmenových buňkách.
Kontroverze
O výzkumu kmenových buněk se vedla polemika. To se týká hlavně práce na embryonálních kmenových buňkách.
Využití embryí pro kmenové buňky
Argumentem proti používání embryonálních kmenových buněk je, že ničí lidskou blastocystu a z oplodněného vajíčka se nemůže vyvinout člověk.
V současné době vědci hledají způsoby, jak vytvořit nebo použít kmenové buňky, které nezahrnují embrya.
Míchání lidí a zvířat
Výzkum kmenových buněk často zahrnuje vkládání lidských buněk do zvířat, jako jsou myši nebo krysy. Někteří lidé tvrdí, že by to mohlo vytvořit organismus, který je součástí člověka.
V některých zemích je produkce linií embryonálních kmenových buněk nezákonná. Ve Spojených státech mohou vědci vytvářet nebo pracovat s liniemi embryonálních kmenových buněk, ale je nezákonné používat federální fondy k výzkumu linií kmenových buněk, které byly vytvořeny po srpnu 2001.
Terapie kmenovými buňkami a regulace FDA
Někteří lidé již nabízejí „terapie kmenovými buňkami“ pro různé účely, jako je léčba proti stárnutí.
Většina z těchto použití však nemá schválení od amerického úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA). Některé z nich mohou být nezákonné a některé mohou být nebezpečné.
Každý, kdo uvažuje o léčbě kmenovými buňkami, by si měl u poskytovatele nebo u FDA ověřit, zda má produkt schválení a zda byl vyroben způsobem, který splňuje standardy FDA pro bezpečnost a účinnost.
