Komórki macierzyste – rodzaje, cechy, zastosowanie

Komórki macierzyste, ze swoją zdolnością do przekształcania się, wydają się cudownym remedium na wiele chorób. Dowiedz się, czym są komórki macierzyste, w leczeniu jakich schorzeń stosuje się obecnie komórki macierzyste oraz jakie są perspektywy rozwoju terapii komórkami macierzystymi? Skąd sceptycyzm specjalistów?

Spis treści

1. Czym są komórki macierzyste?
2. Rodzaje komórek macierzystych
3. Skąd można pozyskać komórki macierzyste
4. Aktualne zastosowania komórek macierzystych
5. Przyszłość komórek macierzystych

Komórki macierzyste posiadają zdolność przekształcania się w inne rodzaje komórek. Terapia z wykorzystaniem komórek macierzystych jest z pewnością jednym z najbardziej chwytliwych i obiecujących pojęć we współczesnej medycynie. Wydawać by się bowiem mogło, że lista ich medycznych zastosowań powinna być nieskończona - naprawa uszkodzonych tkanek, hodowla zastępczych narządów…

Fakty są jednak inne. Choć początki badań nad komórkami macierzystymi miały miejsce w latach 60-tych XX wieku, do tej pory ich zastosowanie ogranicza się do kilku ściśle określonych wskazań.

Pomysłów na wykorzystanie komórek macierzystych nie brakuje, jednakże wprowadzenie ich do klinicznego użycia jest ograniczone szeregiem czynników, spośród których na pierwszy plan wysuwa się pytanie o bezpieczeństwo tego typu terapii.

Czym są komórki macierzyste?

Komórki macierzyste są niezbędne do powstania organizmu ludzkiego. Na najwcześniejszych etapach rozwoju, ludzki zarodek składa się wyłącznie z komórek macierzystych. Z biegiem czasu ulegają one przemianom, dając początek wszystkim liniom komórkowym, budującym organizm człowieka.

Druga ważna rola komórek macierzystych to zasiedlanie niektórych tkanek dojrzałego organizmu i pełnienie funkcji "magazynu". W razie potrzeby, są one w stanie przekształcić się w komórki danej tkanki, które obumarły lub uległy uszkodzeniu. Jest to jednak możliwe tylko w przypadku niektórych tkanek.

Mianem komórek macierzystych określamy więc takie komórki, które posiadają zdolność przekształcania się w inne, bardziej wyspecjalizowane rodzaje komórek.

Najważniejszą cechą komórek macierzystych, odróżniającą je od pozostałych komórek, jest przebieg ich podziału.

Komórka macierzysta podczas podziału potrafi się różnicować, czyli tworzyć komórkę potomną określonego typu (np. komórkę mięśniową, nerwową czy nabłonkową).

Wyróżniamy różne rodzaje komórek macierzystych, w zależności od ich charakteru: niektóre z nich potrafią przekształcić się w dowolny rodzaj komórek potomnych, inne zaś są zdolne do tworzenia jedynie komórek tworzących określony rodzaj tkanki (więcej na ten temat niżej).

Druga istotna cecha komórek macierzystych jest również związana z ich podziałem. Podczas powstawania komórki potomnej, komórka macierzysta nie znika bez śladu. W procesie podziału powstaje bowiem jeszcze jedna komórka macierzysta, identyczna jak "komórka-matka".

Efektem podziału komórki macierzystej jest więc jedna komórka macierzysta oraz jedna wyspecjalizowana komórka potomna.

Ten mechanizm nazywany jest samoodnawianiem. Dzięki niemu komórki macierzyste nie "zużywają" się i nie dopuszczają do zmniejszenia rozmiarów swojej puli.

Rodzaje komórek macierzystych

Jak już wspomniano, komórki macierzyste podczas swoich podziałów mogą przekształcać się w inne typy komórek. Czy dowolna komórka macierzysta może więc stać się dowolną komórką potomną? Otóż nie.

Komórki macierzyste dzielimy na cztery podgrupy, w zależności od tego, jak szerokie spektrum komórek może powstać z ich podziałów.

Komórki macierzyste budujące ludzki zarodek są w stanie dać początek wszystkim rodzajom linii komórkowych. Z kolei niektóre komórki macierzyste zasiedlające tkanki dorosłego człowieka, potrafią przekształcić się jedynie w ściśle określony rodzaj komórek, budujących daną tkankę.

Podział komórek macierzystych ze względu na możliwości tworzenia różnorodnych komórek potomnych przedstawia się następująco:

• komórki macierzyste totipotencjalne

Są to komórki o najszerszym potencjale różnicowania, mogące przekształcić się w dowolny rodzaj komórek potomnych. Komórki totipotencjalne tworzą zygotę (komórkę powstałą w wyniku zapłodnienia komórki jajowej przez plemnik), a także zarodek na najwcześniejszych etapach jego rozwoju. Z komórek totipotencjalnych mogą powstać wszystkie rodzaje komórek, budujących ludzki organizm.

• komórki macierzyste pluripotencjalne

Komórki pluripotencjalne również potrafią przekształcać się w wiele rodzajów komórek. Wyjątek stanowią jednak komórki łożyska. Komórki pluripotencjalne tworzą tzw. węzeł zarodkowy, będący jedną ze struktur powstających w pierwszym tygodniu rozwoju zarodka.

Czytaj też: Rozwój płodu: jak rozwija się płód tydzień po tygodniu

Komórki pluripotencjalne węzła zarodkowego dają początek trzem tzw. listkom zarodkowym, z których później wykształcają się wszystkie tkanki naszego organizmu. Choć nazwy listków zarodkowych brzmią nieco skomplikowanie (ektoderma, mezoderma i endoderma), to tkanki z nich powstające są wszystkim znane.

Z ektodermy powstaje skóra i układ nerwowy, z mezodermy – układ krwionośny i mięśniowo-szkieletowy, a z endodermy - układ oddechowy oraz większość układu pokarmowego.

• komórki macierzyste multipotencjalne

Komórki multipotencjalne to grupa komórek macierzystych o nieco węższym potencjale różnicowania. Choć nadal może powstać z nich kilka rodzajów komórek, to zwykle są to komórki zbliżonego typu. Sztandarowym przykładem komórek tej podgrupy są komórki multipotencjalne szpiku kostnego, zwane również krwiotwórczymi komórkami macierzystymi. Mogą one przekształcić się w dowolne komórki krwi, jak chociażby erytrocyty lub różne rodzaje leukocytów. Nie są jednak w stanie wytworzyć komórek budujących inne tkanki.

• komórki macierzyste unipotencjalne

Ten typ komórek potrafi przekształcić się w tylko jeden rodzaj komórek potomnych. Komórki unipotencjalne zwykle stanowią rezerwuar, pozwalający na odnowę i naprawę tkanek dorosłego organizmu. Przykładem komórek unipotencjalnych są komórki macierzyste naskórka, znajdujące się w ludzkiej skórze.

Skąd można pozyskać komórki macierzyste

Pozyskanie komórek macierzystych jest zasadniczo możliwe na dwa sposoby.

Pierwszym ich źródłem jest ludzki zarodek, z którego wyodrębnia się tak zwane zarodkowe komórki macierzyste. Są to komórki o charakterze totipotencjalnym lub pluripotencjalnym, a więc mogące się różnicować we wszystkie rodzaje tkanek.

Drugi typ komórek macierzystych to tzw. somatyczne komórki macierzyste (inaczej "dorosłe" komórki macierzyste). Ten rodzaj komórek pochodzi - jak sama nazwa wskazuje - z dorosłego organizmu człowieka.

W normalnych warunkach są to komórki zasiedlające różne narządy

• szpik kostny
• mięśnie
• wątrobę
• skórę
• naczynia krwionośne

W tych narządach komórki macierzyste pełnią funkcję rezerwuaru, umożliwiającego regenerację uszkodzonych tkanek.

Nietrudno domyślić się, że somatyczne komórki macierzyste mają bardziej ograniczony potencjał różnicowania w porównaniu do komórek pochodzenia zarodkowego. Komórki pochodzące z dorosłego organizmu są multipotencjalne lub unipotencjalne, to znaczy mogą przekształcać się w komórki podobnego typu lub wręcz tylko w jeden rodzaj komórek potomnych.

Odnalezienie i pozyskanie somatycznych komórek macierzystych w dorosłym organizmie jest sporym wyzwaniem. Liczba tego typu komórek w tkankach jest bardzo niewielka.

Po pobraniu, bardzo trudno jest je hodować w warunkach laboratoryjnych, a więc ciężko jest uzyskać ich większe ilości.

Póki co, dorosłe komórki macierzyste pozyskuje się jedynie z kilku źródeł. Dla komórek macierzystych krwiotwórczych są to:

• szpik kostny
• krew obwodowa
• krew pępowinowa

Z kolei z tkanki tłuszczowej oraz szpiku kostnego można pozyskać tzw. mezenchymalne komórki macierzyste. Mogą one przekształcać się w różne rodzaje tkanek:

• kostną
• chrzęstną
• mięśniową
• tłuszczową

Terapie z wykorzystaniem mezenchymalnych komórek macierzystych nadal znajdują się w fazie badań - do tej pory ich bezpieczeństwo i skuteczność nie zostały potwierdzone.

Warto wspomnieć o jeszcze jednym rodzaju komórek macierzystych, będącym niejako hybrydą dwóch powyższych. To tzw. indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste.

Są to komórki macierzyste pozyskane z dorosłego organizmu, które zostały w warunkach laboratoryjnych przeprogramowane w ten sposób, by zyskać cechy komórek zarodkowych.

Aktualne zastosowania komórek macierzystych

Skoro znamy już rodzaje oraz możliwości różnicowania komórek macierzystych, pozostaje pytanie - które z nich i w jaki sposób są wykorzystywane w medycynie?

• zarodkowe komórki macierzyste

Zarodkowe komórki macierzyste nie zostały zatwierdzone do stosowania w żadnym rodzaju terapii. Dlaczego? Oto kilka powodów.

Po pierwsze, ich wykorzystanie wiąże się z dylematami natury etycznej. Zarodkowe komórki macierzyste są pozyskiwane z zarodków przeznaczonych do celów naukowych, najczęściej powstających podczas procedur związanych z zapłodnieniem in vitro. Kwestie etyczne są jednym z czynników ograniczających postęp badań naukowych nad komórkami macierzystymi pozyskiwanymi w ten sposób.

Druga przeszkoda w zastosowaniu komórek zarodkowych ma charakter czysto naukowy. Są to komórki o dużym potencjale różnicowania, mogące przekształcić się w dowolny rodzaj komórek potomnych. Póki co, nie udało się odkryć metody, pozwalającej na kontrolę ich zachowania.

Zarodkowe komórki macierzyste, po wszczepieniu do organizmu ludzkiego, tworzą guzy złożone z przeróżnych, chaotycznie ułożonych komórek. Guzy tego typu nazywamy potworniakami (łac. teratoma). Cały czas poszukuje się sposobów, pozwalających na ukierunkowanie komórek zarodkowych w ten sposób, by przekształcały się w pożądaną tkankę.

Zastosowanie zarodkowych komórek macierzystych wiąże się również z ryzykiem ich odrzucenia - stanowią one bowiem obcy materiał (podobnie jak w przypadku przeszczepu narządu od dawcy niespokrewnionego).

Ryzyko to jest dużo mniejsze w przypadku zastosowania dorosłych komórek macierzystych, których dawcą i biorcą jest ten sam pacjent. Taką procedurę nazywamy przeszczepem autologicznym.

• dorosłe komórki macierzyste

Choć użycie dorosłych komórek macierzystych jest również związane z wieloma ograniczeniami, tylko ten typ komórek macierzystych znajduje, póki co, zastosowanie w medycynie. Pozyskanie dorosłych komórek macierzystych nie wymaga hodowli zarodków, budzi więc zdecydowanie mniej dylematów moralnych. Dorosłe komórki macierzyste wykorzystuje się w następujących rodzajach terapii:

• przeszczepianie macierzystych komórek krwiotwórczych

Przeszczepianie macierzystych komórek krwiotwórczych to obecnie jedyna rutynowa terapia z użyciem komórek macierzystych, stosowana z powodzeniem na całym świecie. Tzw. przeszczepy szpiku kostnego są metodą leczenia wielu schorzeń hematologicznych.

Po pierwsze, stosuje się je u pacjentów z pierwotnymi niedoborami odporności, czyli wrodzonymi nieprawidłowościami układu odpornościowego. Przeszczep szpiku kostnego często bywa dla nich jedyną możliwością pozyskania prawidłowo funkcjonujących komórek odpornościowych.

Drugą grupą pacjentów, którzy mogą wymagać przeszczepienia macierzystych komórek krwiotwórczych, są osoby, których szpik kostny został zniszczony, na przykład wskutek agresywnego leczenia przeciwnowotworowego.

Taka sytuacja może być pożądana w przypadku nowotworów krwi (np. białaczek), gdy celem terapii jest zniszczenie układu krwiotwórczego objętego procesem nowotworowym, a następnie jego odbudowa za pomocą wszczepianych komórek macierzystych.

• leczenie rozległych ran za pomocą komórek macierzystych naskórka

Komórki macierzyste naskórka są jednym ze sposobów umożliwiających gojenie rozległych ran, powstałych na przykład wskutek oparzeń.

Cała procedura przebiega następująco: najpierw pobiera się komórki macierzyste naskórka z fragmentu zdrowej skóry pacjenta.

Następnie komórki te poddaje się hodowli laboratoryjnej w warunkach umożliwiających ich intensywne namnażanie.

Po uzyskaniu odpowiedniej liczby komórek, umieszcza się je na powierzchni rany.

Dodatkową zaletą terapii jest brak możliwości odrzucenia takiego "opatrunku" przez organizm pacjenta - został on bowiem wytworzony z jego własnych komórek.

• leczenie okulistyczne z zastosowaniem komórek macierzystych rąbka rogówki

Stosunkowo niedawno została zarejestrowana jeszcze jedna terapia z zastosowaniem komórek macierzystych. Mowa o leku zawierającym komórki macierzyste rąbka rogówki, pozwalającym na odbudowę nabłonka rogówki (przedniej, zewnętrznej warstwy gałki ocznej).

Podobnie jak w poprzednim przypadku, "źródłem" komórek jest sam pacjent, a dokładniej jego zdrowe oko.

Po pobraniu komórek macierzystych namnaża się je w laboratorium, a następnie podaje do chorego oka. Wskazaniem do zastosowania terapii jest niedobór komórek macierzystych rąbka rogówki, powstały na przykład wskutek uszkodzenia przez substancję chemiczną.

Przyszłość komórek macierzystych

Powyższy tekst w skrócie przedstawia aktualne i – jak widać – bardzo ograniczone zastosowania komórek macierzystych w medycynie.

Problematyka badań naukowych w tej dziedzinie jest bardzo złożona, a komórki macierzyste nadal przysparzają więcej pytań niż odpowiedzi.

Co jakiś czas w świecie naukowym pojawia się informacja o związanych z nimi przełomowych odkryciach, lecz niestety w wielu przypadkach okazuje się, że opublikowane wyniki badań nie są zgodne z prawdą.

Tak było chociażby w przypadku głośnej próby wszczepiania komórek macierzystych szpiku kostnego do blizny pozawałowej w mięśniu sercowym. Rzekomo pozytywne wyniki takiej terapii uruchomiły lawinę kolejnych prób w innych ośrodkach klinicznych, lecz wszystkie eksperymenty ostatecznie zakończyły się fiaskiem.

Aby móc skutecznie i bezpiecznie wykorzystywać komórki macierzyste w medycynie, potrzebnych jest jeszcze wiele lat badań.

Naukowcy cały czas próbują zgłębić wiedzę dotyczącą niezwykłych mechanizmów ich funkcjonowania.

Jakie czynniki wpływają na proces różnicowania komórek macierzystych?

Czy da się ten proces kontrolować?

Co zrobić, aby móc skutecznie je namnażać?

Które z dotychczas nieuleczalnych schorzeń rzeczywiście mają szansę wyleczenia za pomocą takiej terapii?

Te i wiele innych pytań są nieustannie przedmiotem toczących się badań naukowych.

W tym miejscu warto wspomnieć, że choć zastosowania terapeutyczne komórek macierzystych są ograniczone, przydają się one w innych dziedzinach medycyny.

Jednym z przykładów są badania nad procesami nowotworzenia. Komórki macierzyste stwarzają możliwość symulowania takiego procesu w warunkach laboratoryjnych, a następnie testowania na nich potencjalnych terapii (np. nowych leków przeciwnowotworowych).

Kierunki trwających badań nad komórkami macierzystymi to przykładowo zastosowanie w:

• chorobach neurodegeneracyjnych (np. chorobie Alzheimera)
• uszkodzeniach rdzenia kręgowego
• urazach układu mięśniowo-szkieletowego

czy wreszcie próby rekonstrukcji całych narządów (np. trzustki w cukrzycy typu I).

Musimy być świadomi, że komórki macierzyste nie są lekiem na wszystko, a badania nad każdym z potencjalnych zastosowań są prowadzone niezależnie i przed zatwierdzeniem muszą przejść szereg prób klinicznych.

Na koniec warto także ostrzec przed "klinikami" oferującymi terapię komórkami macierzystymi bez jakichkolwiek uprawnień.

Tego typu eksperymenty w najlepszym przypadku kończą się utratą pieniędzy, a w najgorszym - zdrowia, a nawet życia.

O autorze

Krzysztofa Białożyt

Studentka medycyny na Collegium Medicum w Krakowie, powoli wkraczająca w świat ciągłych wyzwań pracy lekarza. Szczególnie zainteresowana ginekologią i położnictwem, pediatrią oraz medycyną stylu życia. Miłośniczka języków obcych, podróży i górskich wędrówek.

Przeczytaj więcej tekstów tej autorki

Krzysztofa Białożyt