Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Komórki macierzyste - podsumowanie 2012 roku
31.12.2012
Komórki macierzyste - podsumowanie 2012 roku

Choroby, styl życia i postępujący wiek powodują kumulowanie się uszkodzeń w ludzkim organizmie. Coraz dłużej żyjący człowiek cierpi z powodu niewydolności pojedynczych narządów. Ratunkiem mogą być postępy, jakie dokonują się w dziedzinie komórek macierzystych. Rok 2012 był obfity w interesujące doniesienia dotyczące komórek macierzystych, dlatego nasz portal postanowił podsumować najważniejsze odkrycia.

Badania nad komórkami macierzystymi prowadzone dotyczą czterech podstawowych typów komórek: zarodkowych komórek macierzystych, indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, tkankowych komórek macierzystych i nowotworowych komórek macierzystych.

Macierzyste komórki zarodkowe (ang. embryonic stem cells, ESCs) są to najbardziej niedojrzałe komórki, z których wywodzą się wszystkie elementy ludzkiego organizmu. Komórki te poddaje się działaniu substancji, które odgrywają konkretną rolę w rozwoju specyficznych tkanek. Komórki te jednak mogą być pozyskane wyłącznie z zarodków, co stanowi znaczne ograniczenie.

W 2006 roku profesor Shinya Yamanaka, po raz pierwszy wyhodował z mysich komórek skóry, indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (ang. induced pluripotent stem cell, iPSCs). Takie komórki otrzymuje się z somatycznych komórekdorosłego osobnika przez wymuszenie w nich ekspresji odpowiednich genów. Tego typu komórki nie budzą zastrzeżeń etycznych, posiadając jednocześnie dużą przewagę nad komórkami ES - tkanka wyhodowana z komórek dorosłego osobnika ma mniejsze szanse na odrzucenie przez organizm niż zarodkowa.

Kolejnym typem komórek macierzystych są tkankowe komórki macierzyste (ang. tissue stem cells, TSCs), które można wyizolować z tkanek dorosłego organizmu (np. z ludzkiego szpiku).

Nowotworowe komórki macierzyste (ang. cancer stem cells, CSCs) są to, znajdywane w guzach, niezróżnicowane komórki nowotworowe mające możliwość przekształcenia się we wszystkie typy komórek nowotworowych. Uważa się, że są one odpowiedzialne za nawroty choroby nowotworowej, ponieważ wykazują się odpornością na standardowe rodzaje terapii.

 

Na przestrzeni ubiegłego roku dokonano licznych osiągnieć w badaniach nad komórkami macierzystymi. Naukowcy dążyli do tego żeby skrócić proces uzyskania indukowanych komórek macierzystych, szukali wydajniejszych metod hodowli, nowych biomateriałów, do wykorzystania jako rusztowania dla sztucznych organów. Poniższe zestawienie prezentuje wybrane osiągnięcia.

Styczeń.

Naukowcom udało się przedłużyć życie myszy za pomocą komórek macierzystych. Komórki macierzyste pobrano z tkanek młodych osobników, namnożono i wszczepiono starzejącym się myszom. Zaobserwowano zwiększoną angiogenezę w mózgu oraz w mięśniach, mimo iż nie wykryto tam komórek macierzystych. Badacze wnioskują, że komórki macierzyste poprzez sygnały chemiczne stworzyły środowisko pozwalające organizmowi na zwiększoną regenerację.

Odkryto, że komórki skóry myszy można przekształcić w nowy rodzaj komórek prekursorowych układu nerwowego. Można z niego uzyskać trzy typy komórek nerwowych naturalnie występujących w mózgu (neurony, astrocyty i oligodendrocyty). Nowy, wszechstronny typ komórek prekursorowch ma jeszcze jedną zaletę, można go hodować w dużych ilościach w laboratorium.

Laboratorium Jacobs School of Engineering w San Diego wyhodowało z komórek macierzystych pochodzenia tłuszczowego nowy typ komórek mięśniowych. Pojedyncze komórki nowego szczepu łączą się mocnym cytoszkieletem, co pozwala na utworzenie bardzo zwartej tkanki mięśniowej.  Komórki te nie rozdzieliły się nawet po transferze na twardą, podobną do kości powierzchnię, okazały się w ten sposób lepsze od komórek mięśni hodowanych z komórek macierzystych pochodzenia szpikowego. Daje to nadzieje na zastosowanie ich w terapii takich chorób jak dystrofia mięśni.

Luty.

Opublikowano wyniki rocznych badań klinicznych dotyczących leczenia pacjentów po zawale serca ich własnymi komórkami macierzystymi. Wszczepione sercowe komórki macierzyste wyhodowano z ich własnych komórek sercowych. Po dwóch miesiącach od operacji odnotowano zmniejszenie blizny wywołanej przez zawał o połowę.

Naukowcy z Norwegii, Szkocji i Stanów Zjednoczonych opracowali syntetyczną wersję proteiny Oct4, regulacją proces tworzenia komórek macierzystych. Do komórek somatycznych wprowadza się w odpowiedniej ilości geny nowego białka za pomocą wektorów wirusowych. Komórka zaczyna produkować syntetyczne białko Oct4 powracając do stanu komórki macierzystej. Syntetyczna wersja białka wydajniej włącza geny odpowiedzialne za transformację do komórki macierzystej. Pozwala to uniknąć szkodliwego nadmiaru naturalnego białka Oct4. Odkryto też, że nowa wersja proteiny pozwala na hodowlę komórek macierzystych w niemożliwych wcześniej warunkach. 

Marzec.

Badacze z Institute of Medical Biology określili rolę poliamin w procesie podziału embrionalnych komórek macierzystych. Używając modelu mysiego dowiedli, że wysoki poziom enzymu Amd1 odpowiedzialnego za syntezę poliamin zatrzymuje proces różnicowania i pozwala zachować komórkom macierzystym ich właściwości.

W warunkach laboratoryjnych udało się wytworzyć struktury przypominające wczesną formę siatkówki. Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison przekształcili komórki pobrane z krwi pacjenta do somatycznych komórek macierzystych (iPSCs). W ciągu 72 dni komórki macierzyste utworzyły warstwę zawierającą fotoreceptory oraz warstwę zawierająca komórki ganglionowe. Naukowcom pierwszy raz udało się doprowadzić do takiego stopnia organizacji komórek siatkówki. Niesie to nadzieje na wyleczenie dla pacjentów dotkniętych retinopatią barwnikową.

Naukowcom udało się otrzymać somatyczne komórki macierzyste z pełni wyspecjalizowanych komórek skóry. Do tej pory znana była procedura przekształcania komórek skóry do indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (IPCs), które można przekształcić w każdy rodzaj komórek somatycznych. Wadą komórek pluripotencjanych jest ich zbyt wielka plastyczność, specyficzne warunki mogą doprowadzić do ich przekształcenia w komórki nowotworowe. Nowa metoda hodowli, nowatorsko wykorzystująca komórkowy czynnik wzrostu Brn4, pozwala uzyskać somatyczne komórki macierzyste, które można przekształcić w dana podgrupę komórek, w tym przypadku w komórki nerwowe.

Kwiecień.

Badacze z MIT, Rockefeller University oraz Medical College of Wisconsin zdołali wyhodować komórki wątrobowe (hepatocyty) z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych. Nowe komórki mogą zostać zainfekowane wirusem zapalenia wątroby typu C, co pomoże badać zmienność genetyczną wirusa. Wcześniejsze badania nad wirusem prowadzone z użyciem komórek pobranych od dawców prowadzone były na zbyt małej populacji.

Maj.

Dr. Marolt z Uniwersytetu Columbia opublikowała wyniki swoich badań nad hodowlą tkanki kostnej z komórek prekursorowych. Komórki uzyskiwano z embrionalnych komórek macierzystych i hodowano w takiej ilości, aby można było wypełnić centymetrowe ubytki kostne. Nowa tkanka kostna zintegrowała się kością, wytworzyła zwartą strukturę i unaczyniła się prawidłowo.

Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison odkryli nową metodę uzyskiwania kardiomiocytów, komórek kluczowych dla funkcjonowania serca. Nowa metoda pozwala na uzyskanie komórek sercowych zarówno z embrionalnych jak i indukowanych komórek macierzystych. Technika opiera się na manipulacji szlakiem sygnalizacyjnym Wnt odgrywającym rolę w embriogenezie i karcynogenezie.

Czerwiec.

Badania naukowców z Uniwersytetu Wisconsin-Madison rzuciły nowe światło na leczenie glejaka wielopostaciowego – nowotworu mózgu opornego na większość współczesnych rodzajów chemioterapii. Dr. John Kuo udowodnił, że terapia oparta o lek Lapatinib hamuje podział rakowych komórek macierzystych glejaka i w efekcie pozwala na skuteczne leczenie.

Udało się wyleczyć cukrzycę u myszy za pomocą komórek macierzystych. Naukowcy z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie wszczepili ludzkie komórki macierzyste do mysich trzustek. Trzy miesiące po przeszczepie myszy były w stanie utrzymać stały poziom cukru we krwi bez pomocy insuliny, a przeszczepione komórki wykazywały wszystkie cechy morfologiczne prawidłowych komórek trzustki.

Lipiec.

Znaleziono czynnik transkrypcyjny Sox2 zaangażowany w powstawanie zębowych komórek macierzystych, ulega on ekspresji w mysich siekaczach. Odkrycie to pozwoli identyfikować komórki macierzyste odpowiedzialne za powstawanie zębów. Daje to nadzieje na hodowlę tkanek zębowych oraz całych zębów w laboratorium.

Sierpień

Badacze z Johns Hopkins Institute for Cell Engineering and the Kimmel Cancer Center opracowali nową metodę hodowli indukowanych komórek macierzystych z komórek krwi pacjenta. Metoda polega na pobraniu czerwonych krwinek od pacjenta, inkubacji ich ze specyficznymi czynnikami wzrostu, a następnie dostarczeniu im odpowiednich genów za pomocą plazmidów. Metoda pozwala uzyskać transformacje na poziomie 50-60% iPSC powstałych z erytrocytów.

Naukowcom udało się zidentyfikować ludzkie komórki macierzyste czerniaka. Komórki te spełniają wymogi macierzystych komórek nowotworowych; są w stanie dzielić się w nieskończoność, różnicować i biorą udział w onkogenezie. Ich cecha charakterystyczną jest ekspresja enzymu ALDH.

Wrzesień.

Komórki macierzyste przyczyniły się do regeneracji aksonów w rdzeniach kręgowych myszy. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego oraz z San Diego Healthcare umieścili neuronalne komórki macierzyste razem z czynnikami wzrostu w fibrynowej matrycy. Tak przygotowane komórki wszczepiono w przerwany rdzeń kręgowy myszy. Liczba aksonów, jakie pojawiły się w miejscu urazu przekroczyła 200-krotnie liczbę aksonów uzyskaną w dotychczasowych badaniach.

Październik.

Zgromadzenie Noblowskie Karolinska Institutet postanowiło przyznać Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny Johnowi B. Gurdonowi wspólnie z profesorem Shinya Yamanaka za odkrycie, że dojrzałe komórki można przeprogramować w komórki macierzyste. John B. Gurdon udowodnił w 1962 roku, że specjalizacja komórek może być odwracalna. W 2006 roku profesor Shinya Yamanaka pokazał, że wprowadzenie tylko kilku genów do komórek myszy jest zdolne zamienić wybrane komorki w pluripotencjalne komórki macierzyste. Odkrycie to natychmiast uznano za przełom.

Naukowcy z Oregon Health & Science University Doernbecher Children's Hospital udowodnili, że wszczepione do mózgu myszy nerwowe komórki macierzyste potrafią przeżyć i zacząć wytwarzać funkcjonalną mielinę. Jest ona niezbędna do prawidłowej pracy komórek nerwowych. Nowe odkrycie niesie nadzieje dla pacjentów dotkniętych takimi chorobami jak stwardnienie rozsiane czy mózgowe porażenie dziecięce.

Kolejnego odkrycia dotyczącego komórek macierzystych dokonali naukowcy z Uniwersytetu Johana Gutenberga w Moguncji. Badacze dowiedli, że pericyty (jeden z rodzajów komórek, znajdowanych w mózgu) można zamienić w nerwowe komórki macierzyste. Badacze szukają teraz metody na wywołanie tej transformacji bezpośrednio wewnątrz mózgu.

Listopad.

Uniwersytet w Manchesterze opracował metodę użycia drukarek atramentowych w celu budowy nowych rusztowań dla komórek macierzystych. Nowa metoda budowy stelażu będzie polegała na drukowaniu kropli biomateriałów, które natychmiast ulegają utwardzeniu. Drukarka nadrukowuje na siebie kolejne krople w celu otrzymania trójwymiarowej konstrukcji symulującej naturalne wnętrze organizmu.

Naukowcy ze Sanford-Burnham Medical Research Institute udowodnili, że wyhodowane przez nich w laboratorium neurony działają po przeszczepie do istniejących już sieci neurologicznych. Kluczem do sukcesu okazało się światło. Aktywowane światłem neurony wyhodowane z ludzkich komórek macierzystych zintegrowały się i podjęły prawidłową pracę po przeszczepie do hipokampu myszy.

Grudzień.

Wytworzenie przez naukowców nowego materiału stanowiącego idealne rusztowanie dla komórek macierzystych to najważniejsza grudniowa informacja. Nowy polimer wykazuje adhezyjność tylko w obecności komórek macierzystych, co tworzy nowe możliwości w konstrukcji rusztowań do hodowli tkanek oraz całych narządów.

Badania przeprowadzone w Salk Institute pozwoliły skrócić czas hodowli iPSCs z okresu dwóch miesięcy do dwóch tygodni. Nowa technika oferuje konwersje jednego typu komórek somatycznych w drugi. Naukowcy użyli tej metody, aby przekształcić komórki fibroblastów skóry w angioblasty, które z kolei dały dojrzale komórki naczyń krwionośnych.  Plusem nowej techniki jest szybkości hodowli, minusem natomiast ograniczenie w typie komórek, jakie można uzyskać z wyjściowej komórki.

Naukowcy udowodnili, że da się wyizolować komórki macierzyste z jąder samcw, przechować je, a następnie przeszczepić z powrotem w celu przywrócenia płodności. Niestety eksperymenty przeprowadzono jedynie na zwierzętach laboratoryjnych.

Na przestrzeni 2012 roku naukowcy poznali nowe metody hodowli i kontroli komórek macierzystych. W przyszłości postęp w tej dziedzinie pozwoli regenerować poważne uszkodzenia w narządach, zastępować uszkodzone tkanki oraz konstruować całe organy w laboratorium. Poznanie podstawy molekularnych stojących za powstawaniem i podziałem rakowych komórek macierzystych pozwoli na opracowanie nowoczesnych metod terapii. Rozwój medycyny regeneracyjnej uratuje życie wielu pacjentom, którym nie pomogłaby żadna inna metoda leczenia.

 

Łukasz Kałużny

 

Źródła:

http://repairstemcell.wordpress.com/tag/tissue-engineering

http://www.labster.com/engineering-organ-regeneration-and-stem-cells

http://www.stemcellnetwork.ca

http://www.nytimes.com/2012/09/16/health/research/scientists-make-progress-in-tailor-made-organs.html

http://www.sciencedirect.com/

http://www.sciencedaily.com/

http://www.sciencedaily.com/news/health_medicine/stem_cells/

KOMENTARZE
Newsletter