Komórki macierzyste to niezróżnicowane i niewyspecjalizowane komórki występujące naturalnie w organizmie (komórki macierzyste tkanek) u zwierząt i człowieka, a także wyhodowane w warunkach in vitroin vitroin vitro (pierwotne komórki zarodkowe), zdolne do nieograniczonych podziałów (proliferacjiproliferacjaproliferacji) przez całe życie organizmu. Są one okrągłe lub owalne, mają liczne mitochondria i względnie mało cytoplazmy w stosunku do wielkości jądra. Nie zawierają wyspecjalizowanych struktur komórkowych typowych dla komórek dojrzałej tkanki.

R1FjdzdBTDlPw1

Zdjęcie spod mikroskopu fluorescencyjnego przedstawia owalny kształt z grubą otoczką, która składa się z czerwonych, niebieskich oraz zielonych plam. Środkowa część kształtu jest ciemna z rzadszymi niebieskimi plamami.

Każda komórka macierzysta, dzieląc się, wytwarza dwie komórki potomne, z których jedna pozostaje komórką macierzystą, a druga jest komórką prekursorową. Komórka prekursorowa od razu różnicuje się w wyspecjalizowaną komórkę tkanki lub dzieli się wielokrotnie, w wyniku czego powstają komórki, które następnie ulegają różnicowaniu. Komórki macierzyste mają potencjał przekształcenia się w inne typy komórek organizmu w zależności od wpływu otoczenia. Istotną ich cechą jest zdolność do namnażania się i różnicowania z zachowaniem stałej liczby komórek macierzystych w organizmie. Jest to niezmiernie ważne ze względu na zachodzące w tkankach procesy odnowy i regeneracji.

Komórki macierzyste totipotencjalne zwane są również zarodkowymi, ponieważ są to pierwsze komórki powstające w wyniku bruzdkowaniabruzdkowaniebruzdkowania zygoty (czyli blastomeryblastomeryblastomery). Mogą namnażać się w nieskończoność oraz różnicować we wszystkie inne typy komórek.

Komórki macierzyste pluripotencjalne (embrionalne) są zdolne do przekształcenia się w komórki i tkanki wywodzące się z trzech listków zarodkowychlistki zarodkowelistków zarodkowych, z wyjątkiem komórek łożyska, co odróżnia je od komórek totipotencjalnych. Ten typ komórek występuje w blastocyścieblastocystablastocyście.

Komórki macierzyste multipotencjalne mogą przekształcać się w komórki wywodzące się tylko z tego listka zarodkowego, z którego pochodzą. Do tej grupy zalicza się m.in. krwiotwórcze komórki macierzyste, których źródłem jest szpik kostny i krew pępowinowa.

Komórki macierzyste unipotencjalne to dojrzałe komórki macierzyste występujące w tkankach organizmu. Zwane są często somatycznymi i mogą różnicować się tylko w jeden rodzaj komórek, w zależności od warunków otoczenia i miejsca występowania w organizmie. Ich obecność w tkankach dorosłego człowieka zapewnia utrzymanie zdolności regeneracji organizmu i zastępowanie starych wyspecjalizowanych komórek ciała komórkami młodymi.

Największy potencjał z punktu widzenia medycyny mają komórki totipotencjalne i pluripotencjalne. Jednak ich pozyskiwanie wzbudza wiele kontrowersji i problemów natury moralnej, ponieważ pochodzą z zarodków ludzkich uzyskanych metodą zapłodnienia in vitro i niewykorzystanych w celu leczenia niepłodności, a także z zarodków uzyskanych poprzez klonowanie tkanki płodu po poronieniu czy aborcji. Zakłada się w ten sposób specjalne linie hodowlane komórek pluripotencjalnych, które są następnie wykorzystywane w celach medycznych (tzw. klonowanie terapeutyczneklonowanie terapeutyczneklonowanie terapeutyczne).

Rzh9wgZbgXBnz

Zdjęcie przedstawia kolonię ludzkich zarodkowych komórek macierzystych. Są one centralnie umiejscowione i na zdjęciu przypominają złocistą kulę. Wokół niej nieregularnie występują inne, większe komórki o podłużnym kształcie. Są to mysie fibroblasty – komórki tkanki łącznej.

Komórki macierzyste można wyizolować także z łożyska i krwi pępowinowej. Takie komórki są multipotencjalne, co oznacza, że mogą różnicować się w ograniczone rodzaje komórek, np. w komórki krwi (w tym komórki układu odpornościowego).

R1NgBtIywCeiO

Fotografia przedstawia ludzki płód i łożysko pod koniec pierwszego trymestru ciąży. Ma on nie w pełni wykształcone ręce i nogi. Płód połączony jest cienką, czerwoną pępowiną z łożyskiem.

W organizmie dorosłego człowieka również występują komórki macierzyste. Multipotencjalne komórki obecne w szpiku kostnym i krwi obwodowej wykazują zdolność do przekształcenia się we wszystkie elementy morfotyczne krwi. Inne, również izolowane ze szpiku, mogą różnicować się w komórki kostne i chrzęstne, a nawet mięśniowe. Multipotencjalne komórki macierzyste wykorzystywane są w leczeniu chorób nowotworowych, m.in. białaczek, chłoniaków czy szpiczaków.

Komórki macierzyste wyizolowano także z rogówki i siatkówki, wątroby, jelita i skóry. Takie komórki, tj. macierzyste komórki unipotencjalne, mogą różnicować się w jeden typ komórek, wśród których występują. Ich pozyskiwanie z danej tkanki pozwala na leczenie chorób z nią związanych.

RpoNQDXWA4XO9

Zdjęcie przedstawia chondrocyty otrzymane z somatycznych komórek macierzystych. To zdjęcie spod mikroskopu konfokalnego. Na zdjęciu substancja międzykomórkowa wygląda jak zielone, cienkie nitki. Na zielonej warstwie tej substancji znajdują się niebieskie punkty świetle o owalnym kształcie. Niebieskie punkty to komórki tkanki chrzęstnej, czyli chondrocyty.

Najczęściej komórki macierzyste pozyskuje się od dorosłego człowieka z krwi obwodowej. Procedura ta wymaga przyjmowania na kilka dni przed pobraniem zastrzyków zawierających czynnik wzrostu, który powoduje zwiększenie liczby komórek macierzystych we krwi.

Inną metodą jest pozyskanie komórek macierzystych bezpośrednio ze szpiku. Taki zabieg odbywa się w znieczuleniu ogólnym i trwa około godziny. Za pomocą specjalnej igły pobierane jest 1–1,5 litra mieszaniny krwi i szpiku kostnego. Najczęściej szpik pobiera się tą metodą z talerza kości biodrowej.

Naukowcy wykazali, że często w hodowli in vitro komórka macierzysta jednej tkanki może różnicować się w komórki innej tkanki, w zależności od warunków prowadzonej hodowli. Obecnie badania naukowe skierowane są ku otrzymywaniu tzw. indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSCiPSC iPSC, ang. induced pluripotent stem cells). Są one otrzymywane ze zmodyfikowanych genetycznie komórek somatycznych, w których pod wpływem czynników transkrypcyjnychczynniki transkrypcyjneczynników transkrypcyjnych zachodzą procesy odróżnicowaniaodróżnicowanieodróżnicowania komórki. Metodę tę po raz pierwszy zastosowano w 2006 r. w przypadku mysich fibroblastów. W 2012 r. za opracowanie metody przeprogramowania dorosłych komórek organizmu w komórki pluripotencjalne Shin’ya Yamanaka i John Gurdon otrzymali Nagrodę Nobla.

Komórki iPSC mogą być pozyskiwane z własnych komórek jądrzastych pacjenta, które zostały poddane reprogramowaniu. Wykorzystywane są do przeszczepu i zastępowania wadliwych komórek. Dużą zaletą tej metody jest zgodność genetyczna przeszczepianych komórek, co zapobiega odrzuceniu przeszczepu przez organizm pacjenta. Należy pamiętać, że wszystkie komórki organizmu człowieka powstały z jednej komórki zygoty, więc ich materiał genetyczny zasadniczo nie uległ zmianie. Różnicowanie się komórek polega głównie na „włączaniu i wyłączaniu” określonych genów, w zależności od pełnionej w organizmie funkcji. Identyfikacja takich genów i ich aktywacja umożliwia potencjalnie odróżnicowanie się większości typów komórek lub nawet ich bezpośrednie przekształcenie w inny typ komórki występującej w organizmie. Stworzono już linie komórek iPSC pochodzących od pacjentów z cukrzycą lub chorobą Parkinsona, lecz badania nad nimi są wciąż na etapie eksperymentalnym.

R13z4usUKEwuo

Zdjęcie przedstawia sieć neuronów. Zostały one otrzymane z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych. Na zdjęciu sieć jest utkana z cienkich czerwonych połączonych ze sobą nitek. Nitki odchodzą od punktów świetlnych w kolorach niebieskim i zielonym. W ludzkim organizmie komórki nerwowe są podstawową jednostką budującą układ nerwowy.

Słownik