Čo sú kmeňové bunky a čo robia?
Bunky v tele majú špecifické účely, ale kmeňové bunky sú bunky, ktoré ešte nemajú špecifickú úlohu a môžu sa z nich stať takmer všetky bunky, ktoré sú potrebné.
Kmeňové bunky sú nediferencované bunky, ktoré sa môžu zmeniť na špecifické bunky, pretože ich telo potrebuje.
Vedcov a lekárov zaujímajú kmeňové bunky, pretože pomáhajú vysvetliť, ako fungujú niektoré funkcie tela a ako sa niekedy zhoršujú.
Kmeňové bunky tiež sľubujú liečbu niektorých chorôb, ktoré v súčasnosti nie sú liečiteľné.
Zdroje kmeňových buniek
Kmeňové bunky pochádzajú z dvoch hlavných zdrojov: dospelých telesných tkanív a embryí. Vedci tiež pracujú na spôsoboch vývoja kmeňových buniek z iných buniek pomocou genetických metód „preprogramovania“.
Kmeňové bunky dospelých
Kmeňové bunky sa môžu predtým, ako sa diferencujú, zmeniť na akýkoľvek typ buniek.
Telo človeka obsahuje kmeňové bunky počas celého života. Telo môže tieto kmeňové bunky využiť, kedykoľvek ich potrebuje.
Tiež sa nazývajú tkanivovo špecifické alebo somatické kmeňové bunky, dospelé kmeňové bunky existujú v tele po celú dobu od vývoja embrya.
Bunky sú v nešpecifickom stave, sú však špecializovanejšie ako embryonálne kmeňové bunky. V tomto stave zostávajú, kým ich telo nepotrebuje na konkrétny účel, povedzme ako kožné alebo svalové bunky.
Každodenný život znamená, že telo neustále obnovuje svoje tkanivá. V niektorých častiach tela, ako sú črevá a kostná dreň, sa kmeňové bunky pravidelne delia, aby vytvorili nové telesné tkanivá na údržbu a opravu.
Kmeňové bunky sú prítomné vo vnútri rôznych druhov tkanív. Vedci našli kmeňové bunky v tkanivách, medzi ktoré patria:
- mozog
- kostná dreň
- krv a cievy
- kostrové svaly
- koža
- pečeň
Kmeňové bunky však možno nájsť len ťažko. Môžu zostať nerozdelené a nešpecifické roky, kým ich telo nevyzve na opravu alebo vypestovanie nového tkaniva.
Dospelé kmeňové bunky sa môžu deliť alebo samovoľne obnovovať neobmedzene. To znamená, že môžu generovať rôzne typy buniek z pôvodného orgánu alebo dokonca úplne regenerovať pôvodný orgán.
Toto rozdelenie a regenerácia spočíva v tom, ako sa hojí kožná rana, alebo ako sa môže po poškodení sám opraviť napríklad orgán ako pečeň.
V minulosti sa vedci domnievali, že dospelé kmeňové bunky sa môžu diferencovať iba na základe ich pôvodného tkaniva. Niektoré dôkazy však teraz naznačujú, že môžu tiež rozlišovať, aby sa z nich stali aj iné typy buniek.
Embryonálne kmeňové bunky
Od najskoršieho štádia tehotenstva, po oplodnení vajíčka spermiou, sa vytvorí embryo.
Asi 3–5 dní po oplodnení vajíčka spermiou má embryo formu blastocysty alebo guľky buniek.
Blastocyst obsahuje kmeňové bunky a neskôr sa implantuje do maternice. Embryonálne kmeňové bunky pochádzajú z blastocysty starej 4–5 dní.
Keď vedci odoberú kmeňové bunky z embryí, zvyčajne ide o ďalšie embryá, ktoré sú výsledkom oplodnenia in vitro (IVF).
Na klinikách IVF lekári oplodnili niekoľko vajíčok v skúmavke, aby zabezpečili, že aspoň jedno prežije. Na začiatok tehotenstva im potom implantujú obmedzený počet vajíčok.
Keď spermie oplodnia vajíčko, tieto bunky sa spoja a vytvoria jednu bunku nazývanú zygota.
Táto jednobunková zygota sa potom začne deliť a vytvára 2, 4, 8, 16 buniek atď. Teraz je to embryo.
Táto hmota okolo 150–200 buniek je čoskoro a pred implantáciou embrya do maternice blastocystou. Blastocyst sa skladá z dvoch častí:
- vonkajšia bunková hmota, ktorá sa stáva súčasťou placenty
- vnútorná bunková hmota, ktorá sa vyvinie do ľudského tela
Vnútorná bunková hmota je miestom, kde sa nachádzajú embryonálne kmeňové bunky. Vedci tieto bunky nazývajú totipotentné. Termín totipotent označuje skutočnosť, že majú celkový potenciál rozvinúť sa do akejkoľvek bunky v tele.
Pri správnej stimulácii sa z buniek môžu stať krvinky, kožné bunky a všetky ostatné typy buniek, ktoré telo potrebuje.
Na začiatku tehotenstva štádium blastocysty pokračuje asi 5 dní pred implantáciou embrya do maternice alebo maternice. V tomto štádiu sa kmeňové bunky začínajú diferencovať.
Embryonálne kmeňové bunky sa môžu diferencovať na viac bunkových typov ako dospelé kmeňové bunky.
Mezenchymálne kmeňové bunky (MSC)
MSC pochádzajú z spojivového tkaniva alebo strómy, ktorá obklopuje telesné orgány a ďalšie tkanivá.
Vedci použili MSC na vytvorenie nových telesných tkanív, ako sú kosti, chrupavky a tukové bunky. Raz môžu hrať úlohu pri riešení najrôznejších zdravotných problémov.
Indukované pluripotentné kmeňové bunky (iPS)
Vedci ich vytvárajú v laboratóriu pomocou kožných buniek a ďalších buniek špecifických pre tkanivo. Tieto bunky sa správajú podobne ako embryonálne kmeňové bunky, takže by mohli byť užitočné pri vývoji rôznych terapií.
Je však potrebný ďalší výskum a vývoj.
Na pestovanie kmeňových buniek vedci najskôr extrahujú vzorky z dospelého tkaniva alebo embrya. Tieto bunky potom umiestnia do kontrolovanej kultúry, kde sa budú deliť a množiť, ale ďalej sa nešpecializujú.
Kmeňové bunky, ktoré sa delia a množia v kontrolovanej kultúre, sa nazývajú línia kmeňových buniek.
Vedci riadia a zdieľajú línie kmeňových buniek na rôzne účely. Môžu stimulovať kmeňové bunky, aby sa osobitným spôsobom špecializovali. Tento proces je známy ako riadená diferenciácia.
Doposiaľ bolo jednoduchšie pestovať veľké množstvo embryonálnych kmeňových buniek ako dospelých kmeňových buniek. Vedci však robia pokroky u oboch typov buniek.
Typy kmeňových buniek
Vedci kategorizujú kmeňové bunky podľa ich potenciálu diferencovať sa na iné typy buniek.
Embryonálne kmeňové bunky sú najúčinnejšie, pretože ich úlohou je stať sa každým typom bunky v tele.
Úplná klasifikácia obsahuje:
Totipotentné: Tieto kmeňové bunky sa môžu diferencovať na všetky možné typy buniek. Prvých pár buniek, ktoré sa objavia, keď sa zygota začne deliť, je totipotentných.
Pluripotentné: Tieto bunky sa môžu zmeniť na takmer každú bunku. Bunky zo skorého embrya sú pluripotentné.
Multipotentné: Tieto bunky sa môžu diferencovať na príbuznú rodinu buniek. Napríklad z dospelých krvotvorných kmeňových buniek sa môžu stať červené a biele krvinky alebo krvné doštičky.
Oligopotentné: Môžu sa diferencovať na niekoľko rôznych typov buniek. Môžu to urobiť lymfoidné alebo myeloidné kmeňové bunky dospelých.
Unipotentné: Môžu produkovať iba bunky jedného druhu, ktorý je ich vlastného typu. Stále sú to však kmeňové bunky, pretože sa dokážu obnovovať. Príklady zahŕňajú kmeňové bunky dospelých svalov.
Embryonálne kmeňové bunky sa považujú za pluripotentné namiesto za totipotentné, pretože sa nemôžu stať súčasťou mimembryonálnych membrán alebo placenty.
Používa
Samotné kmeňové bunky neslúžia žiadnemu jedinému účelu, ale sú dôležité z niekoľkých dôvodov.
Po prvé, pri správnej stimulácii môže veľa kmeňových buniek prevziať úlohu ľubovoľného typu buniek a za správnych podmienok môžu regenerovať poškodené tkanivo.
Tento potenciál by mohol zachrániť životy alebo opraviť rany a poškodenia tkanív u ľudí po chorobe alebo úraze. Vedci vidia veľa možných použití kmeňových buniek.
Regenerácia tkanív
Regenerácia tkanív je pravdepodobne najdôležitejším využitím kmeňových buniek.
Doteraz musel človek, ktorý potreboval napríklad novú obličku, počkať na darcu a potom podstúpiť transplantáciu.
Darcovských orgánov je nedostatok, ale pokynom kmeňových buniek na určitú diferenciáciu by ich vedci mohli použiť na vypestovanie konkrétneho typu tkaniva alebo orgánu.
Napríklad lekári už použili kmeňové bunky tesne pod povrchom kože na vytvorenie nového kožného tkaniva. Potom môžu opraviť ťažké popáleniny alebo iné poranenia pomocou štepu tohto tkaniva na poškodenú pokožku a nová pokožka dorastie späť.
Liečba kardiovaskulárnych chorôb
V roku 2013 o tom informoval tím vedcov z Massachusetts General Hospital Predchádzajúce vydanie PNAS že vytvorili krvné cievy u laboratórnych myší pomocou ľudských kmeňových buniek.
Do 2 týždňov po implantácii kmeňových buniek sa vytvorili siete krvou prekrvených ciev. Kvalita týchto nových krvných ciev bola rovnaká ako v prípade blízkych prírodných.
Autori dúfali, že tento typ techniky môže nakoniec pomôcť pri liečbe ľudí s kardiovaskulárnymi a vaskulárnymi ochoreniami.
Liečba chorôb mozgu
Lekári môžu jedného dňa byť schopní použiť náhradné bunky a tkanivá na liečbu mozgových chorôb, ako sú Parkinsonova choroba a Alzheimerova choroba.
Napríklad pri Parkinsonovej chorobe vedie poškodenie mozgových buniek k nekontrolovaným pohybom svalov. Vedci by mohli kmeňové bunky použiť na doplnenie poškodeného mozgového tkaniva. To by mohlo vrátiť špecializované mozgové bunky, ktoré zastavia nekontrolované pohyby svalov, späť.
Vedci sa už pokúsili diferencovať embryonálne kmeňové bunky na tieto typy buniek, takže liečba je sľubná.
Liečba nedostatku buniek
Vedci dúfajú, že jedného dňa budú schopní vyvinúť zdravé srdcové bunky v laboratóriu, ktoré môžu transplantovať ľuďom s ochorením srdca.
Tieto nové bunky by mohli napraviť poškodenie srdca repopuláciou srdca zdravým tkanivom.
Ľudia s cukrovkou typu I môžu podobne dostávať bunky pankreasu, aby nahradili bunky produkujúce inzulín, ktoré stratili alebo zničili ich vlastný imunitný systém.
Jedinou súčasnou terapiou je transplantácia pankreasu a na transplantáciu je k dispozícii veľmi málo pankreasu.
Liečba chorôb krvi
Lekári v súčasnosti bežne používajú dospelé krvotvorné kmeňové bunky na liečbu chorôb, ako je leukémia, kosáčiková anémia a ďalšie problémy s imunodeficienciou.
Hematopoetické kmeňové bunky sa vyskytujú v krvi a kostnej dreni a môžu produkovať všetky typy krviniek vrátane červených krviniek prenášajúcich kyslík a bielych krviniek bojujúcich proti chorobám.
Darovanie alebo zber kmeňových buniek
Ľudia môžu darovať kmeňové bunky na pomoc milovanej osobe alebo možno pre vlastnú potrebu v budúcnosti.
Dary môžu pochádzať z nasledujúcich zdrojov:
Kostná dreň: Tieto bunky sa odoberajú v celkovej anestézii, zvyčajne z bedrovej alebo panvovej kosti. Technici potom izolujú kmeňové bunky z kostnej drene na uskladnenie alebo darovanie.
Periférne kmeňové bunky: Osoba dostane niekoľko injekcií, ktoré spôsobujú, že ich kostná dreň uvoľňuje kmeňové bunky do krvi. Ďalej sa z tela odoberie krv, kmeňové bunky sa oddelia pomocou prístroja a lekári krv vrátia späť do tela.
Pupočníková krv: Kmeňové bunky je možné po pôrode odobrať z pupočnej šnúry, bez poškodenia dieťaťa. Niektorí darujú pupočníkovú krv, iní ju uskladňujú.
Tento zber kmeňových buniek môže byť drahý, ale výhody pre budúce potreby zahŕňajú:
- kmeňové bunky sú ľahko prístupné
- menšia šanca na odmietnutie transplantovaného tkaniva, ak pochádza z vlastného tela príjemcu
Výskum a vedecký objav
Kmeňové bunky sú užitočné nielen ako potenciálna terapia, ale aj na výskumné účely.
Vedci napríklad zistili, že zapnutie alebo vypnutie konkrétneho génu môže spôsobiť jeho diferenciáciu. Toto im pomáha pri vyšetrovaní, ktoré gény a mutácie spôsobujú tieto účinky.
Vyzbrojení týmito vedomosťami môžu byť schopní zistiť, čo spôsobuje širokú škálu chorôb a stavov, z ktorých niektoré ešte nemajú liečbu.
Abnormálne bunkové delenie a diferenciácia sú zodpovedné za stavy, ktoré zahŕňajú rakovinu a vrodené postihnutia pochádzajúce z narodenia. Vedieť, čo vedie k nesprávnemu deleniu buniek, môže viesť k vyliečeniu.
Kmeňové bunky môžu tiež pomôcť pri vývoji nových liekov. Vedci namiesto testovania liekov na ľudských dobrovoľníkoch môžu vedci posúdiť, ako droga ovplyvňuje normálne a zdravé tkanivo, testovaním na tkanive vypestovanom z kmeňových buniek.
Video: Čo sú to kmeňové bunky?
Sledujte video a dozviete sa viac o kmeňových bunkách.
Polemika
O výskume kmeňových buniek sa vedú určité polemiky. Týka sa to hlavne práce na embryonálnych kmeňových bunkách.
Využitie embryí pre kmeňové bunky
Argumentom proti použitiu embryonálnych kmeňových buniek je, že ničí ľudskú blastocysty a z oplodneného vajíčka sa nemôže vyvinúť človek.
V súčasnosti vedci hľadajú spôsoby, ako vytvoriť alebo použiť kmeňové bunky, ktoré nezahŕňajú embryá.
Miešanie ľudí a zvierat
Výskum kmeňových buniek často spočíva v inzercii ľudských buniek do zvierat, ako sú myši alebo potkany. Niektorí tvrdia, že by to mohlo vytvoriť organizmus, ktorý je súčasťou človeka.
V niektorých krajinách je nezákonné produkovať línie embryonálnych kmeňových buniek. V Spojených štátoch môžu vedci vytvárať alebo pracovať s líniami embryonálnych kmeňových buniek, je však nezákonné používať federálne fondy na výskum línií kmeňových buniek, ktoré boli vytvorené po auguste 2001.
Terapia kmeňovými bunkami a regulácia FDA
Niektorí ľudia už ponúkajú „terapie kmeňovými bunkami“ na rôzne účely, napríklad na ošetrenie proti starnutiu.
Väčšina z týchto použití však nemá schválenie od Amerického úradu pre kontrolu potravín a liečiv (FDA). Niektoré z nich môžu byť nezákonné a niektoré môžu byť nebezpečné.
Každý, kto uvažuje o liečbe kmeňovými bunkami, by si mal u poskytovateľa alebo u FDA overiť, či má produkt schválenie a či bol vyrobený spôsobom, ktorý spĺňa štandardy FDA pre bezpečnosť a účinnosť.
