Kamieninės ląstelės

Kamieninės ląstelės yra nediferencijuotos ląstelės, randamos embrionų ir suaugusiųjų audiniuose, galinčios atsinaujinti ir diferencijuotis į vieną ar kelis skirtingus ląstelių tipus ir šitaip pakeisti mirštančias ląsteles bei atkurti pažeistus audinius. 

Haploidinių gametų, kiaušialąstės ir spermatozoido, apvaisinimas suformuoja vieną diploidinę ląstelę, vadinamą zigota.  Zigota patiria ląstelių dalinimąsi, vadinamą mitoze, ir baigiasi dviem identiškomis ląstelėmis. Šios ląstelės yra totipotencinės, nes jos turi galimybę išsivystyti į naują organizmą. Totipotencinės ląstelės kartoja mitozės procesą, o po daugmaž penkių dienų nuo apvaisinimo, ląstelių masė pradeda kavituoti centre, sudarydama blastulę (blastocistą). Blastulė yra apie 150 ląstelių sfera su išoriniu sluoksniu –  trofoblastu (kuris ilgainiui suformuos placentą), ertme, pripildyta skysčio, – blastocele – ir ląstelių grupe viduje – vidine ląstelių mase. Šios tarpinės stadijos tarp zigotos ir gemalo organizmas vadinamas embrionu, o vidinės ląstelių masės ląstelės vadinamos embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis (EKL). Šios ląstelės yra daugiapotencinės ir gali išvystyti trijų pirminių sluoksnių (endodermos, mezodermos ir ektodermos), apie 220 ląstelių tipų žmonėse, užuomazgas. Pagrindinis skirtumas tarp totipotentcinių ir daugiapotencinių ląstelių: totipotencinės ląstelės gali išsivystyti tiek į placentą, tiek į embrioną.

Embrionui augant, šios daugiapotencinės EKL išsivysto į labiau specializuotas, multipotencines kamienines ląsteles. Multipotencinės kamieninės ląstelės taip pat yra nespecializuotos ląstelės, turinčios tas pačias pagrindines kamieninių ląstelių savybes: ilgalaikį atsinaujinimą ir gebėjimą išsivystyti į specializuotas ląsteles (galutinai diferencijuotos ląstelės), turinčias tikslią paskirtį ir funkcijas. Lyginant su daugiapotencinėmis ląstelėmis, multipotencinės ląstelės yra charakterizuojamos labiau riboto dauginimosi ir diferenciacijos potencialo, įprastai jos gali suformuoti tik pirminio audinio kilmės ląstelių tipus.

Pavyzdžiui, hematopoetinė kamieninė ląstelė (HKL) gali išsivystyti į raudonuosius, baltuosius kraujo kūnelius arba trombocitus (specializuotąsias ląsteles). Šio proceso metu, besivystančios HKL persikelia per kelias anatomines vietas (trynio maišą, placentą ir gemalo kepenis), kurios suteikia signalus jų atsinaujinimui ir visų kraujo kraujo elementų sukūrimui. Po šio sudėtingo ląstelių persikėlimo, dauginimosi ir paskirstymo proceso, gimstant HKL kolonizuoja kaulių čiulpus.  Esama daugiau tokių multipotencinių ląstelių pavyzdžių (nervinės, mezenchiminės) įvairiuose žmogaus organuose, jos žinomos suaugusiojo kamieninių ląstelių (SKL) pavadinimu. Homeostazės metu, dauguma SKL yra ramios ir tik retkarčiais pasidalina, kad išlaikytų reikalingą diferencijuotų ląstelių skaičių. Tai įmanoma, nes įvairios anatominės vietos (pvz., kaulų čiulpai) turi specializuotas mikroaplinkas – nišas – kurios palaiko SKL atsinaujinimą, multipotenciškumą arba skatina linijinę diferenciaciją. Bipotencinės kamieninės ląstelės gali diferencijuotis į du ląstelių tipus. Limfoidinės progenitorinės ląstelės gali išsivystyti į T ir B ląsteles. Unipotencinės kamieninės ląstelės gali diferencijuotis tik į vieną subrendusį, galutinai diferencijuotą, ląstelės tipą. Spermatogoninės kamieninės ląstelės yra unipotentiškos ir gali išsivystyti į spermatozoidus.

 

Manoma, kad kamieninės ląstelės gamina visas diferencijuotas ląsteles, naudodamos tarpinių prototipų generaciją, kylančią iš kamieninių ląstelių per asimetrišką dalinimąsi, kaip atsaką į specifinius signalus.  Taip pat, šį procesą formuoja aplinkos asimetrija, kurioje viena dukterinė ląstelė palieka nišą, kuri palaiko SKL atsinaujinimą, ir vėliau yra paveikiama naujų signalų, kurie skatina linijinę diferenciaciją. Šios, dalinai diferencijuotos ląstelės, yra vadinamos progenitorinėmis ląstelėmis, jos pradeda išreikšti diferenciacijos žymeklius judėdamos iš nišos ir gali būti atskirtos nuo kamieninių ląstelių funkcine prasme ir tų specifinių žymeklių išraiška. Visas kamieninių ląstelių skaičius bet kuriame audinyje parodo dinamišką balansą tarp atsinaujinimo, diferenciacijos ir ląstelių mirties. Šis dinamiškas balansas reguliuojamas aplinkos signalų, kad atitiktų audinio, kuriam kamieninės ląstelės gali suteikti naujai diferencijuotas ląsteles, poreikius.

 

Neseniai atsiradusi galimybė identifikuoti kamienines ląsteles pagal nustatytą žymeklių rinkinį ir, po jų izoliacijos, tirti jų savybes in vitro, leido detaliai ištirti molekulių, reguliuojančių kamieninių ląstelių atsinaujinimą ir diferenciaciją, vaidmenį. Buvo apibūdinti tiek išoriniai, tiek vidiniai ląstelės faktoriai, reguliuojantys augimą ir išlikimą, bei faktoriai, nulemiantys ląstelės likimą tarp atsinaujinimo ir diferenciacijos.

 

Dr. Džeimso Tomsono (James Thomson) novatoriškas darbas, atliktas 1998 m., suteikė galimybę atskirti ir auginti primatų (ne žmonių) ir žmonių embrionų kamienines ląsteles (žEKL) ir padėjo sukurti ir nustatyti in vitro auginimo sąlygas, kurios palaiko žmogaus daugiapotenciškumą ex vivo, ištęstiems laiko tarpams, esant nustatytoms ląstelių auginimo sąlygoms. žEKL yra gaunamos iš embrionų, sukurtų in vitro apvaisinimui ir numatytų išmetimui. Nepaisant fakto, kad žEKL diferencijuojasi į įvairius kūno ląstelių tipus ir gali turėti didelį terapinį potencialą, dėl jų išgavimo sunaikinamas embrionas, dėl to kilo etinių ir religinių susirūpinimų ir daug šalių, įskaitant Lietuvą, uždraudė žEKL tyrimus.

2006 m. prof. Šinja Jamanaka (Shinya Yamanaka) perprogramavo suaugusiojo odos ląsteles į kamieninę būklę. Jo komanda parodė, kad daugiapotenciškumas gali būti sukeltas odos fibroblaste, keturių perrašymo agentų išraiška: OCT4, SOX2, KLF4 ir C–MYC, kurie transformavo fibroblastą į sukeltas daugiapotentes kamienines ląsteles (sDKL) ir pelnė Jamanakai Nobelio premiją 2012 m.

Ši technologija potencialai leistų bet kokiam žmogaus ląstelės tipui būti generuojamam tokiu mastu, kurio neįmanoma gauti iš pirminių šaltinių. Anksčiau neprieinami žmogaus ląstelių tipai (pvz., neuronai) gali būti generuojami pagrindinių biologinių ir patologinių procesų nagrinėjimui. Diferencijuotos ląstelės, gautos iš pacientų sDLK, naudojamos generuoti specifinius ligų modelius, kurie gali būti taikomi vaistų atradimų bandymams, vaistų vystymo taikymui, toksikologijos tikrinimams ir biožymeklių atradimui.

 

Pastaraisiais metais labai  padidėjo mokslo ir visuomenės susidomėjimas suaugusiųjų kamieninių ląstelių taikymo medicinoje potencialu. Didėjant klinikinių bandymų ir regeneracinėje terapijoje naudojamų suaugusiųjų ląstelių įvairovei, šių ląstelių apdorojimas ir laikymas bei reglamentavimo problemos išlieka pagrindiniais susirūpinimo objektais. Kliniškai taikomas audinių ir suaugusiųjų kamieninių ląstelių kriogeninis konservavimas ir laikymas suteikia unikalias galimybes žengti į priekį šių ląstelių potencialiame panaudojime ir plataus masto klinikinio pritaikymo įgyvendinime.

 

Esama kelių etiškai priimtinų ir prieinamų autologinių suaugusiųjų kamieninių ląstelių šaltinių, kurie buvo sėkmingai panaudoti žmonėse: