Komórki macierzyste

1.       zdolność do samoodnawiania – zdolność do odnawiania własnej populacji

2.       zdolność do różnicowania w komórki różnych tkanek

Podział ze względu na zdolność do różnicowania:

1.       totipotencjalne – zygota. Mogą różnicować się w struktury budujące organizm oraz struktury pozazarodkowe.

2.       pluripotencjalne – blastocysta (węzeł zarodkowy). Nie mogą się różnicować w struktury pozazarodkowe.

3.       multipotencjalne – listki zarodkowe. Różnicują się w komórki, które pochodzą z tego listka

4.       unipotencjalne – róznicują się w jeden typ komórek.

Podział ze względu na pochodzenie:

1. Macierzyste komórki zarodkowe – ES

-         pluripotencjalne

-         wymagają do wzrostu fibroblastów zarodkowych. Pod wpływem mitomincyny C (?) albo promieniowania gamma zablokowaniu ulegają ich podziały. Dzięki temu komórki macierzyste mogą rosnąć (?). Wymagają też czynnika przeciwbiałaczkowego lif. Łączy się on z receptorem na powierzchni komórki i uruchamia ścieżkę zależną od kinazy JAK, która prowadzi do aktywacji czynnika transkrypcyjnego Stat3.

-         W stanie niezróżnicowanym utrzymują komórkę czynniki: Oct4, Nanog i Stat3.

Testy na pluripotentność:

1.       in vivo – test na zdolność tworzenia teratom, czyli łagodnych guzów nowotworowych, mających tkanki z 3 listków zarodkowych. Jeśli są pluripotencjalne i wprowadzimy je do myszy z zaburzonym układem immunologicznym, to komórki takie wytworzą teratomy.

2.       in vitro – test na tworzenie kul zarodkowych. W odpowiednich warunkach komórki ES tworzą kule zarodkowe, w których są komórki pochodzące z 3 listków zarodkowych.

Praca z 2001 roku pokazała, że z komórek ES można otrzymać kardiomiocyty albo przynajmniej komórki, które je przypominają. W badanych komórkach były białka transkrypcyjne charakterystyczne dla kardiomiocytów i mRNA kodujące czynniki transkrypcyjne charakterystyczne dla nich. Inna praca wykazała, że można otrzymać również oocyty. Po 12 dniach badania zaobserwowano struktury przypominające pęcherzyki jajnikowe i po analizie hormonów okazało się, że jest w nich bardzo dużo hormonów płciowych. Otoczka oocytu była zbudowana z dokładnie tych samych białek, co otoczka prawdziwego oocytu.

Cechy komórek ES:

-         monogenność

-         krótkie cykle komórkowe, bo krótka faza G1

-         aktywność fosfatazy alkalicznej i telomerazy. Fosfataza jest często wykorzystywana jako marker tych komórek.

-         specyficzne markery powierzchniowe (SSEA) i jądrowe (Oct4, Nanog, Sox2).

Zastosowanie:

-         badanie procesów zachodzących w rozwoju zarodkowym bez konieczności manipulowania zarodkami

-         badanie funkcji określonych genów

-         tworzenie zwierzęcych modeli chorób ludzkich

-         badanie toksyczności leków

-         w przyszłości źródło komórek do transplantacji

-         uzyskiwanie ES z węzła zarodkowego blastocysty, żeby obejść problem odrzutu przeszczepu – klonowanie terapeutyczne

2. Komórki macierzyste płynu owodniowego – AFS

-         izolowane z płynu owodniowego podczas amniopunkcji

-         stabilny kariotyp – mimo że szybko się dzielą, nie tracą telomerów

-         krótkie cykle komórkowe

-         długie telomery upodabniają je do komórek ES

-         mogą się różnicować do tkanki tłuszczowej, mięśniowej, kostnej, w komórki wątroby, kardiomiocyty, komórki naczyń krwionośnych

-         multipotencjalne

-         w warunkach in vitro różnicują się w neurony

-         biorą udział w formowaniu kości

3. Komórki macierzyste występujące u organizmów dorosłych – ASC

-         w tkankach, które charakteryzują się wysoką aktywnością: w szpiku kostnym, mięśniach szkieletowych, wątrobie, ale również w mózgu, rogówce, naskórku, sercu być może, jelicie

-         prawdopodobnie wszystkie nowotwory wywodzą się z komórek macierzystych

Izolacja:

-         niewielka liczba komórek w tkankach: najwięcej w szpiku – milion; w sercu tylko 500

-         trudne do wyizolowania z powodu miejsca występowania

-         trudne w odróżnieniu od komórek progenitorowych, które nie są już zdolne do odnawiania

-         ograniczony czas życia – często obumierają podczas hodowli

-         ograniczone zdolności do różnicowania, bo w większości są komórkami multipotencjalnymi

2 typy: HSC (komórki krwi) i MSC – mezenchymalne komórki macierzyste (kości, chrząstki, tkanka tłuszczowa)

HSC:

W wyniku napromieniowania zachodzi mieloablacja, czyli śmierć wszystkich komórek w organizmie. Jeśli napromieniuje się cały organizm z wyjątkiem kości i śledziony, jest on zdolny do przeżycia, co świadczy o tym, że w tych miejscach są komórki zdolne do odtwarzania układu hematopoetycznego. Podanie zawiesiny komórek z kości lub śledziony powoduje rekonstytucję zniszczonego układu hematopoetycznego. W śledzionie (u gryzoni) i w kości udowej (u gryzoni i ludzi) znajdują się komórki odpowiedzialne za utrzymanie układu krwiotwórczego.

Identyfikacja in vivo:

-         u gryzoni test kolonii śledzionowych

-         u ludzi i innych zwierząt test rekonstrukcji – sprawdza się, czy we krwi biorcy są komórki dawcy

źródła:

-         szpik (0,5 – 3%)

-         krew pępowinowa (0,1 – 0,5%)

-         mobilizowana krew obwodowa (0,05 – 0,2%)

Zastosowanie:

-         transplantacja szpiku w chorobach nowotworowych układu hematopoetycznego lub po radio-, chemioterapii.

Plastyczność hematopoetycznych komórek macierzystych – zdolność do różnicowania się w inne typy komórek, niż teoretycznie. Może być wynikiem:

a) fuzji komórki macierzystej z komórką ukierunkowaną tkankowo lub zróżnicowaną lub

b) zmiany w ekspresji genów indukowanych warunkami hodowli in vitro lub

c) heterogenności populacji komórek macierzystych izolowanych z organizmu.

MSC:

-         wyizolowane w 1966 jako komórki progenitorowe

-         to samo co MAPC i MPC

-         są adherentne i przylegają do szalki

-         mają wrzecionowaty kształt i przypominają fibroblasty

-         są zdolne do różnicowania w komórki tkanki kostnej, chrzęstnej i tłuszczowej

-         nie mają mrkerów charakterystycznych dla HSC, czyli CD45 i CD34

Zastosowanie:

-         niska immunogenność (hamują APC) , więc nie wywołują reakcji u biorcy

-         hamują namnażanie limfocytów

-         próby kliniczne: przyspieszają rekonstytucję układy hematopoetycznego; łagodzą przebieg zaburzeń mezenchymatycznych, czyli np. przyspieszają gojenie ran; tworzą środowisko, które sprzyja łagodzeniu uszkodzeń OUN.

Komórki satelitowe

Znajdują się między sarkolemmą włókna mięśniowego a błoną podstawną. Odpowiadają za wzrost i regenerację mięśni szkieletowych u dorosłych organizmów. Jeśli mięśnie są nieuszkodzone, komórki te są w stanie spoczynku. Są zdolne do odtwarzania własnej populacji. Ich markerem jest Pax7. W utrzymaniu siły i struktury mięśnia bierze udział dystrofina. Jeśli jej nie ma, mięśnie są bardzo słabe. W nowoutworzonych mięśniach występuje ekspresja dystrofiny.