Co to są komórki macierzyste?

Komórki macierzyste to pierwotne, niewyspecjalizowane komórki mające zdolność do tworzenia populacji komórek wysoce wyspecjalizowanych służących do budowy konkretnych tkanek czy regeneracji narządów. Kiedy dochodzi do podziału komórki macierzystej, nowo powstałe klony mają zdolność do pozostania komórką macierzystą lub do przekształcenia się w inny typ komórki, mającej bardziej wyspecjalizowaną funkcję. Ze względu na pochodzenie możemy podzielić je na embrionalne (pochodzące z węzła zarodkowego), płodowe (z krwi pępowinowej) oraz somatyczne (znajdujące się w narządach dorosłych osobników).

Pochodzenie nowotworowych komórek macierzystych wciąż pozostaje niewiadomą, aczkolwiek istnieją dwie główne teorie. Pierwsza z nich zakłada, że CSC powstają w wyniku nagromadzenia się licznych mutacji w normalnych komórkach macierzystych. Druga z teorii sugeruje, że CSC są początkowo zdrowymi NSC, które ulegają nieograniczonej proliferacji, gdy pozbawione są komórek towarzyszących.

Istnieją przesłanki, że przyczyną heterogenności tkanki nowotworowej, czyli istnienia różnic w budowie morfologicznej, ekspresji genów, metabolizmie, zdolności do migracji, proliferacji oraz potencjale do tworzenia przerzutów u komórek w obrębie tego samego nowotworu, jest właśnie istnienie komórek macierzystych nowotworu.

Identyfikacja CSC

Nowotworowe komórki macierzyste zostały po raz pierwszy zidentyfikowane przez Johna Dicka w ostrej białaczce mieloidalnej w 1990 r. CSC występują w większości ludzkich nowotworów, a ich identyfikacja przebiega tak jak w przypadku zwykłych komórek – przy użyciu cytometrii przepływowej FACS. Na tą chwilę zostały odkryte komórki macierzyste nowotworów mózgu, piersi, jelita grubego, trzustki oraz wielu innych tkanek.

Komórki macierzyste nowotworu lub komórki inicjujące nowotwó,r jak są nazywane mniej kontrowersyjne, identyfikuje się poprzez testy transplantacyjne oraz lineage tracing. Komórki z masy guza są izolowane, rozdzielane na pojedyncze komórki, a następnie konkretne subpopulacje są znakowane fluorescencyjnie. Komórki sortowane są według markerów powierzchni, które uważa się za odpowiednie dla wyodrębnienia komórek macierzystych i wstrzykiwane myszy o obniżonej odporności. Jeśli iniekcja spowoduje powstanie nowotworu, który jest złożony z różnych typów komórek (takich samych jak w oryginalnym guzie) to uważa się, że podana mieszanina zawierała komórki macierzyste nowotworu. Testy transplantacyjne są obecnie uważane za „złoty standard” w identyfikacji CSC, ponieważ pozwalają ocenić zarówno zdolność do samoodtwarzania, jak i multipotencję komórki.

Inną metodą służącą do oceny populacji komórek CSC jest wspomniany lineage tracing, który umożliwia poznanie potencjału proliferacyjnego komórek nowotworowych oraz śledzenie dalszych losów ich potomstwa. W tej metodzie dana populacja komórek jest trwale wyznakowana genem reporterowym (takim jak białko fluorescencyjne), w pełni transformowane komórki można następnie śledzić i dzięki temu identyfikować. Dotychczas eksperymenty z wykorzystaniem lineage tracing wykazały, że może istnieć duża różnica między potencjałem a losem danej komórki.

Dlaczego CSC pozostają teorią?

Pomimo licznych badań nowotworowe komórki macierzyste wciąż są tylko jedną z hipotez. Brakuje ważnych elementów układanki, aby istnienie CSC zostało uznane za potwierdzone naukowo. Pierwszym z tych elementów jest dokładna definicja nowotworowych komórek macierzystych w guzach litych. Nie zostały również zidentyfikowane markery, które występowałyby tylko na komórkach macierzystych w danym typie nowotworu.

Metoda badania i identyfikacji nowotworowych komórek macierzystych również ma wiele ograniczeń. Niestety, testy transplantacyjne dostarczają informacji o tym co może zrobić komórka nowotworowa w warunkach ściśle ustawionych podczas eksperymentu, jednak nie dają informacji o tym jak taka komórka zachowałaby się w swoim naturalnym mikrośrodowisku. Nadal pozostaje niejasne czy populacja komórek nowotworowych, która prezentuje najsilniejsze właściwości propagacji nowotworu w teście transplantacyjnym to ta sama populacja, która przyczynia się do rozwoju nowotworu, progresji, przerzutów i oporności na leczenie w modelu zwierzęcym. Co więcej testy transplantacyjne nie badają dynamiki różnych populacji komórek nowotworowych i nie biorą pod uwagę współpracy ani konkurencji pomiędzy komórkami, która jest obserwowana w nowotworach pierwotnych.

Właśnie przez istnienie takich braków rozpoczęła się debata nad najlepszym sposobem identyfikacji i scharakteryzowania CSC. Zostało również podane w wątpliwość czy nowotworowe komórki macierzyste w ogóle istnieją, czy może są tylko artefaktem badań eksperymentalnych.