Celule stem - tipuri, caracteristici, aplicație

Celulele stem, cu capacitatea lor de a se transforma, par a fi un remediu minunat pentru multe boli. Aflați ce sunt celulele stem, ce boli sunt utilizate în prezent pentru tratarea celulelor stem și care sunt perspectivele dezvoltării terapiei cu celule stem? De unde vine scepticismul specialiștilor?

Celulele stem au capacitatea de a se transforma în alte tipuri de celule. Terapia cu celule stem este cu siguranță unul dintre cele mai captivante și mai promițătoare concepte din medicina modernă. S-ar părea că lista aplicațiilor lor medicale ar trebui să fie nesfârșită - repararea țesuturilor deteriorate, creșterea organelor de înlocuire ...

Dar faptele sunt diferite. Deși originile cercetării celulelor stem au avut loc în anii 1960, până acum utilizarea lor este limitată la câteva indicații bine definite.

Există multe idei pentru utilizarea celulelor stem, cu toate acestea, introducerea lor în utilizarea clinică este limitată de o serie de factori, printre care întrebarea despre siguranța acestui tip de terapie apare în prim plan.

Ce sunt celulele stem?

Celulele stem sunt esențiale pentru formarea corpului uman. În primele etape de dezvoltare, embrionul uman este alcătuit în întregime din celule stem. În timp, acestea suferă modificări, dând naștere tuturor liniilor celulare care alcătuiesc corpul uman.

Al doilea rol important al celulelor stem este de a coloniza unele țesuturi ale unui organism matur și de a acționa ca un „depozit”. Dacă este necesar, ei sunt capabili să se transforme în celule ale unui țesut dat care mor sau sunt deteriorate. Cu toate acestea, acest lucru este posibil numai cu anumite țesuturi.

Astfel, celulele stem sunt acele celule care au capacitatea de a se transforma în alte tipuri de celule mai specializate.

Cea mai importantă caracteristică a celulelor stem care le distinge de alte celule este modul în care se împart.

În timpul diviziunii, o celulă stem se poate diferenția, adică poate crea o celulă fiică de un anumit tip (de exemplu, un mușchi, un nerv sau o celulă epitelială).

Distingem diferite tipuri de celule stem, în funcție de natura lor: unele se pot transforma în orice fel de celule fiice, în timp ce altele sunt capabile să producă numai celule care alcătuiesc un anumit tip de țesut (mai multe despre aceasta mai jos).

A doua caracteristică importantă a celulelor stem este, de asemenea, legată de divizarea lor. În timpul formării unei celule fiice, celula părinte nu dispare fără urmă. În procesul de divizare, se formează încă o celulă stem, identică cu „celula mamă”.

Astfel, efectul unei diviziuni a celulelor stem este o celulă stem și o celulă fiică specializată.

Acest mecanism se numește autoînnoire. Datorită acestuia, celulele stem nu se „uzează” și nu permit scăderea dimensiunii bazinului lor.

Tipuri de celule stem

După cum sa menționat deja, celulele stem se pot transforma în alte tipuri de celule atunci când se divid. Poate orice celulă stem să devină apoi orice celulă fiică? Ei bine, nu.

Celulele stem sunt împărțite în patru subgrupuri, în funcție de cât de larg poate să apară spectrul celulelor din divizarea lor.

Celulele stem care construiesc embrionul uman sunt capabile să dea naștere la tot felul de linii celulare. La rândul său, unele celule stem care locuiesc în țesuturile unei ființe umane adulte se pot transforma doar într-un tip strict definit de celule care construiesc un țesut dat.

Împărțirea celulelor stem datorită posibilității de a crea o varietate de celule fiice este după cum urmează:

• celule stem totipotente

Sunt celule cu cel mai larg potențial de diferențiere și se pot transforma în orice fel de celule fiice. Celulele totipotente formează un zigot (o celulă rezultată din fecundarea unui ovul de către un spermatozoid) și un embrion în primele etape ale dezvoltării sale. Toate tipurile de celule care alcătuiesc corpul uman pot fi create din celule totipotente.

• celule stem pluripotente

Celulele pluripotente se pot transforma, de asemenea, în multe tipuri de celule. Cu toate acestea, celulele placentare sunt o excepție. Celulele pluripotente formează așa-numitele nod embrionar, care este una dintre structurile formate în prima săptămână de dezvoltare a embrionilor.

Citește și: Dezvoltarea fetală: cum se dezvoltă fătul săptămână după săptămână

Celulele pluripotente ale nodului embrionar dau naștere la trei așa-numite straturile germinale, din care se dezvoltă ulterior toate țesuturile organismului nostru. Deși numele straturilor germinale sună puțin complicat (ectoderm, mesoderm și endoderm), țesuturile formate din ele sunt cunoscute de toată lumea.

Ectodermul produce pielea și sistemul nervos, mezodermul formează sistemul circulator și musculo-scheletal, iar endodermul formează sistemul respirator și cea mai mare parte a sistemului digestiv.

• celule stem multipotente

Celulele multipotente sunt un grup de celule stem cu un potențial de diferențiere puțin mai restrâns. Deși pot produce în continuare mai multe tipuri de celule, ele sunt de obicei celule de tip similar. Exemplul emblematic al celulelor din acest subgrup sunt celulele multipotente ale măduvei osoase, cunoscute și sub numele de celule stem hematopoietice. Se pot transforma în orice celulă sanguină, cum ar fi eritrocitele sau diferite tipuri de leucocite. Cu toate acestea, ele nu sunt capabile să producă celule care construiesc alte țesuturi.

• celule stem unipotente

Acest tip de celulă poate deveni un singur tip de fiică. De obicei, celulele unipotente acționează ca un rezervor pentru reînnoirea și repararea țesuturilor adulte. Un exemplu de celule unipotente sunt celulele stem epidermice, găsite în pielea umană.

Unde pot fi obținute celulele stem

Obținerea celulelor stem este practic posibilă în două moduri.

Prima lor sursă este embrionul uman din care sunt izolate așa-numitele celule stem embrionare. Acestea sunt celule de natură totipotentă sau pluripotentă și, prin urmare, capabile să se diferențieze în toate tipurile de țesuturi.

Al doilea tip de celule stem se numește celule stem somatice (sau celule stem "adulte"). Acest tip de celulă provine - așa cum sugerează și numele - din corpul uman adult.

În condiții normale, acestea sunt celule care locuiesc în diferite organe

• măduvă
• mușchii
• ficatul
• pielea
• vase de sânge

În aceste organe, celulele stem acționează ca un rezervor, permițând regenerarea țesuturilor deteriorate.

Nu este greu de ghicit că celulele stem somatice au un potențial de diferențiere mai limitat decât cele ale celulelor stem embrionare. Celulele care provin dintr-un organism adult sunt multipotente sau unipotente, adică se pot transforma în celule de tip similar, sau chiar într-un singur tip de celulă fiică.

Găsirea și obținerea celulelor stem somatice într-un corp adult este o provocare. Numărul de astfel de celule din țesuturi este foarte mic.

Odată colectate, acestea sunt foarte greu de cultivat în condiții de laborator, deci este dificil să se obțină cantități mai mari.

Până în prezent, celulele stem adulte sunt obținute doar din câteva surse. Pentru celulele stem hematopoietice, acestea sunt:

• măduvă
• sânge periferic
• sânge din cordonul ombilical

La rândul său, din țesutul adipos și măduva osoasă puteți obține așa-numitul celule stem mezenchimale. Se pot dezvolta în diferite tipuri de țesut:

• os
• cartilaginos
• muşchi
• gras

Terapiile cu utilizarea celulelor stem mezenchimale sunt încă în faza de cercetare - siguranța și eficacitatea lor nu au fost confirmate până acum.

Merită menționat încă un tip de celule stem, care este un hibrid dintre cele două de mai sus. Aceasta se numește celule stem pluripotente induse.

Acestea sunt celule stem obținute dintr-un organism adult care au fost reprogramate într-un laborator pentru a le oferi caracteristicile celulelor germinale.

Utilizările actuale ale celulelor stem

Întrucât știm deja tipurile și posibilitățile de diferențiere ale celulelor stem, rămâne întrebarea - care dintre ele și cum sunt utilizate în medicină?

• Celulele stem embrionare

Celulele stem embrionare nu sunt aprobate pentru niciun tip de terapie. De ce? Iată câteva motive.

În primul rând, utilizarea lor implică dileme etice. Celulele stem embrionare sunt obținute din embrioni destinați cercetării, de cele mai multe ori create în timpul procedurilor de fertilizare in vitro. Problemele etice sunt unul dintre factorii care limitează progresul cercetării asupra celulelor stem obținute în acest mod.

Al doilea obstacol în calea utilizării celulelor germinale este pur științific. Sunt celule cu un mare potențial de diferențiere care se pot transforma în orice fel de celule fiice. Până în prezent nu s-a găsit nicio metodă care să le controleze comportamentul.

Celulele stem embrionare, după implantarea în corpul uman, formează tumori compuse din diverse celule dispuse aleatoriu. Aceste tipuri de tumori se numesc teratoame (latino teratoame). Căutăm în permanență modalități de a direcționa celulele germinale în așa fel încât să se transforme în țesutul dorit.

Utilizarea celulelor stem embrionare este, de asemenea, asociată cu riscul de respingere - acestea constituie material străin (similar cu un transplant de organ de la un donator fără legătură).

Riscul este mult mai mic atunci când se utilizează celule stem adulte care sunt donate și primite de același pacient. Numim această procedură un transplant autolog.

• celule stem adulte

Deși utilizarea celulelor stem adulte este, de asemenea, asociată cu multe limitări, doar acest tip de celule stem a fost utilizat până acum în medicină. Obținerea celulelor stem adulte nu necesită cultura embrionilor, deci ridică mult mai puține dileme morale. Celulele stem adulte sunt utilizate în următoarele tipuri de terapie:

• transplant de celule stem hematopoietice

Transplantul de celule stem hematopoietice este în prezent singura terapie de rutină cu celule stem care este utilizată cu succes în întreaga lume. Asa numitul transplanturile de măduvă osoasă sunt o metodă de tratare a multor boli hematologice.

În primul rând, acestea sunt utilizate la pacienții cu imunodeficiențe primare, adică anomalii moștenite ale sistemului imunitar. Un transplant de măduvă osoasă este adesea singura modalitate prin care aceștia pot obține celule imune funcționale.

Al doilea grup de pacienți care pot necesita un transplant de celule stem hematopoietice sunt cei a căror măduvă osoasă a fost distrusă, de exemplu ca urmare a tratamentului anticancerigen agresiv.

O astfel de situație poate fi de dorit în cazul cancerelor de sânge (de exemplu, leucemii), în care scopul terapiei este distrugerea sistemului hematopoietic acoperit de procesul neoplazic și reconstrucția ulterioară a acestuia cu ajutorul celulelor stem implantate.

• tratamentul rănilor extinse utilizând celule stem epidermice

Celulele stem epidermice sunt o modalitate de a vindeca răni pe scară largă, cum ar fi arsurile.

Întreaga procedură este următoarea: mai întâi, celulele stem epidermice sunt colectate dintr-un fragment din pielea sănătoasă a pacientului.

Apoi, aceste celule sunt supuse cultivării de laborator în condiții care permit multiplicarea lor extensivă.

După obținerea numărului adecvat de celule, acestea sunt plasate pe suprafața plăgii.

Un avantaj suplimentar al terapiei este că corpul pacientului nu poate respinge un astfel de „pansament” - a fost format din propriile sale celule.

• tratament oftalmic cu utilizarea de celule stem limbiene corneene

O altă terapie cu celule stem a fost aprobată relativ recent. Este un medicament care conține celule stem limbale ale corneei, permițând reconstrucția epiteliului corneean (stratul frontal și exterior al globului ocular).

La fel ca în cazul precedent, „sursa” de celule este pacientul însuși, și mai precis ochiul său sănătos.

După ce celulele stem sunt colectate, acestea sunt înmulțite în laborator și apoi administrate ochiului afectat. O indicație pentru utilizarea terapiei este deficiența celulelor stem ale membrelor corneene, de exemplu din cauza deteriorării unei substanțe chimice.

Viitorul celulelor stem

Textul de mai sus rezumă utilizările actuale și, după cum puteți vedea, foarte limitate ale celulelor stem în medicină.

Cercetările în acest domeniu sunt complexe, iar celulele stem încă pun mai multe întrebări decât răspunsuri.

Din când în când în lumea științifică există informații despre descoperirile inovatoare legate de acestea, dar din păcate, în multe cazuri, rezultă că rezultatele cercetărilor publicate nu sunt adevărate.

Acesta a fost cazul, de exemplu, în cazul unei încercări puternice de implantare a celulelor stem ale măduvei osoase în cicatricea post-infarct în mușchiul inimii. Rezultatele presupuse pozitive ale unei astfel de terapii au declanșat o avalanșă de studii suplimentare în alte centre clinice, dar toate experimentele s-au încheiat în cele din urmă cu eșec.

Sunt încă necesari mulți ani de cercetare pentru a utiliza cu succes și în siguranță celulele stem în medicină.

Oamenii de știință încearcă în mod constant să afle mai multe despre mecanismele neobișnuite ale funcționării lor.

Ce factori influențează procesul de diferențiere a celulelor stem?

Este acest proces controlabil?

Ce trebuie făcut pentru a le putea multiplica eficient?

Care dintre bolile incurabile până acum au șansa de a fi vindecată cu această terapie?

Aceste și multe alte întrebări sunt în permanență cercetate.

Merită menționat aici că, deși utilizările terapeutice ale celulelor stem sunt limitate, ele sunt utile în alte domenii ale medicinei.

Un exemplu este studiul proceselor neoplazice. Celulele stem fac posibilă simularea unui astfel de proces în condiții de laborator și apoi testarea terapiilor potențiale pe ele (de exemplu, noi medicamente anticanceroase).

Liniile de lucru în curs de cercetare a celulelor stem includ, de exemplu, utilizarea în:

• boli neurodegenerative (de exemplu, boala Alzheimer)
• leziuni ale măduvei spinării
• leziuni ale aparatului locomotor

și în cele din urmă, încercări de reconstrucție a organelor întregi (de exemplu, pancreasul în diabetul de tip I).

Trebuie să fim conștienți de faptul că celulele stem nu sunt un remediu și că fiecare aplicație potențială este cercetată independent și trebuie supusă unei serii de studii clinice înainte de aprobare.

În cele din urmă, merită avertizat și împotriva „clinicilor” care oferă terapie cu celule stem fără nicio autorizație.

Aceste tipuri de experimente ajung, în cel mai bun caz, la pierderi de bani și, în cel mai rău caz, la sănătate și chiar la viață.

Bibliografie:

1. „Celulele stem adulte: speranțe și hypes ale medicinei regenerative” J. Dulak et.al. Acta Biochimica Polonica, Vol. 62, nr. 3/2015, 329–337
2. "Biologia celulelor stem: o privire de ansamblu" P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). Septembrie 2011; 1 (3): 63-67.
3. „Stem Cells in the Cornea” Hertsenberg AJ, Funderburgh JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25-41
4. „Celulele stem în regenerarea pielii, vindecarea rănilor și aplicațiile lor clinice” Ojeh N. et.al. Int J Mol Sci. 2015 23 octombrie; 16

Despre autor

Krzysztof Białoży Student la medicină la Collegium Medicum din Cracovia, intrând încet în lumea provocărilor constante ale activității medicului. Este interesată în special de ginecologie și obstetrică, pediatrie și medicina stilului de viață. Un iubitor de limbi străine, călătorii și drumeții montane.

Citiți mai multe articole ale acestui autor