Kamieninė ląstelė

Ląstelių atpažinimas

Kamieninės ląstelės atpažįstamos pagal tai ar jos geba atnaujinti audinį. Pavyzdžiui, atliekamas skiriamasis kaulų čiulpų arba hematopoetinių kamieninių ląstelių (HKL) galimybės transplantuoti ląstelę ir išgelbėti individą HKL tyrimas. Tai parodo, kad ląstelės per tam tikrą laiko tarpą produkuoja naujas kraujo ląsteles. Taip pat turėtų būti įmanoma izoliuoti kamieninę ląstelę nuo individo, kuriam atlikta transplantacija, o iš jo taip pat galima transplantuoti kamienines ląsteles kitam individui bei HKL įrodant, kad kamieninė ląstelė sugebėjo atsinaujinti pati.
Kamieninės ląstelės savybė gali būti iliustruota in vitro (mėgintuvėlio, dirbtinių sąlygų) būdu. Pasitelkiant šį metodą, pavyzdžiui, klonogeneziniams tyrimams, kai įvertinamos ląstelės galimybės diferencijuotis į atsinaujinančiąsias. Kamieninės ląstelės taip pat gali būti atskirtos pagal tam tikrą išsiskiriantį ląstelės paviršių. Tačiau manoma, kad ląstelių gaminimas in vitro gali paveikti kamieninių ląstelių gyvavimo ciklą. Dėl to neaišku, ar šios ląstelės elgtųsi taip pat organizme, kaip elgiasi mėgintuvėlyje. Ginčijamasi, ar iš tiesų tam tikros subrendusių ląstelių populiacijos – kamieninės.

Embrioninės kamieninės ląstelės

Embrioninės kamieninės (EKL) ląstelės atsiranda ankstyvajame embriono raidos etape iš vidinės blastocistos ląstelinės masės. Žmonių embrionai pasiekia blastocistos stadiją 4-5 dieną po apvaisinimo. Tuo momentu embrione būna nuo 50 iki 150 ląstelių. EKL ląstelės yra pliuripotentinės ir daro didelę įtaką visų trijų tipų gemalinių lapelių – ektoderminio (išorinio), endoderminio (vidinio) ir mezoderminio (vidurinio) – vystymuisi. Kitaip sakant, jos gali išsivystyti į bet kokį iš daugiau negu 200 subrendusio žmogaus ląstelių tipą, kai daromas tam tikras poveikis, kad susidarytų norimas jų tipas. Šios ląstelės neprisideda prie ekstraembrioninės placentos membranos susikūrimo. Beveik visi iki šiol atlikti tyrimai rėmėsi pelių (pEKL) arba žmonių embrioninių kamieninių ląstelių (žEKL) tyrimais. Abi rūšys pasižymi būtina kamieninių ląstelių charakteristika, bet reikalingos ypatingos sąlygos, siekiant išlaikyti nediferencijuotą jų formą. Pelių embrioninės kamieninės ląstelės auginamos ant želatinos sluoksnio dėl ekstraląstelinės matricos (palaikymui). Taip pat reikalingos leukemiją stabdančios sąlygos. O žmogaus embrioninės kamieninės ląstelės auginamos ant maitinamojo pelės embrioninio fibroblasto sluoksnio. Tam reikia paprastų fibroblasto augimo sąlygų. Be šių veiksnių arba genetinių manipuliacijų, embrioninės kamieninės ląstelės labai greitai diferencijuotųsi. Žmogaus embrioninės kamieninės ląstelės apibrėžiamos pagal keleto transkripcijos faktorių bei ląstelės membranos baltymų išraišką. Transkripcijos faktorius Oct-4, Nanog, ir Sox2 suformuoja tinklo reguliavimo branduolį, kuris užtikrina, kad būtų slopinami diferenciaciją skatinantys genai, ir palaiko ląstelės pliuripotecialumą.
Kol kas nėra patikrinto gydymo embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis būdo. Pirmasis bandomasis žmogus buvo patvirtintas Jungtinių Valstijų maisto ir vaistų administracijos 2009 sausį. Tačiau bandomajam žmogui, patyrusiam stuburo traumą, nebuvo pradėta terapija iki 2010 metų spalio 13 d. Atlantoje. 2011 m. lapkričio 14 dieną kompanija, atliekanti bandymą, paskelbė, kad ji nutraukia tolesnę kamieninių ląstelių programos plėtrą. Kadangi embrioninės kamieninės ląstelės yra pliuripotencinės, joms reikalingas specialus signalas taisyklingai diferenciacijai. Jei jos įšvirkščiamos tiesiai į kūną, embrioninės kamieninės ląstelės diferencijuosis į daugybę skirtingų ląstelių tipų ir sukels auglį. Embrioninių kamieninių ląstelių diferencijavimasis į kitas tinkamas kamienines ląstelės, išvengiant persodinimo atmetimo, yra tik viena iš keleto kliūčių, su kuriomis susiduria kamienines ląsteles tiriantys mokslininkai. Daugybė šalių šiuo metu sustabdė embrioninių kamieninių ląstelių tyrimus, kaip ir naujų embrioninių kamieninių ląstelių kūrimą. Dėl galimybės neribotai plėstis ir pliuripotenciškumo embrioninės kamieninės ląstelės išlieka teoriniu regeneratyviosios medicinos ir audinių pakeitimo po traumos ar ligos šaltiniu.

Suaugusio žmogaus kamieninės ląstelės

Suaugusiųjų kamieninės ląstelės dar yra vadinamos somatinėmis (iš graikiško žodžio σωματικóς, reiškiančio „kūninės“) kamieninėmis ląstelėmis. Jos išlaiko ir sutaiso audinius, kuriuose jos randamos. Tokių ląstelių turi ne tik suaugusieji, bet ir vaikai.
Pliuripotentinės suaugusiųjų kamieninės ląstelės yra retos ir jų mažai, bet jų galima rasti virkštelės kraujyje ir kituose audiniuose. Kaulų čiulpai yra gausus suaugusiųjų kamieninių ląstelių šaltinis, kuris buvo naudojamas gydant keletą sutrikimų, pavyzdžiui, stuburo traumas, kepenų cirozę, chroninę galūnių ischemiją ir ribinius širdies darbo sutrikimus. Kamieninių ląstelių kiekis, esantis kaulų čiulpuose, sulig amžiumi mažėja. Reprodukcinės sistemos veikimo laikotarpiu vyrai šių ląstelių turi daugiau negu moterys. Kamieninės ląstelės kaulų čiulpuose labiausiai tiriamos tam, kad būtų nustatyta kamieninių ląstelių potencialumas ir atsinaujinimo galimybės. Kamieninėse ląstelėse, kaip ir kitose ląstelėse, esančiose aplink kamienines ląsteles, DNR pažaidos kaupiasi senstant. Manoma, kad dėl to senstant vis labiau trinka kamieninės ląstelės.
Daugumos suaugusiųjų kamieninių ląstelių šaltiniai pagal audinio kilmę (multipotentiškumas) riboti (mezenchiminė kamieninė ląstelė, iš riebalų išgautos kamieninės ląstelės, endotelinės kamieninės ląstelės, dantų minkštimo kamieninės ląstelės ir t. t.)
Gydymas suaugusiųjų kamieninėmis ląstelėmis jau keletą metų naudojamas kaulų čiulpų persodinimu gydant leukemiją ir su kaulais bei krauju susijusį vėžį. Šios kamieninės ląstelės taip pat naudojamos veterinarijoje, susižalojusiems arkliams gydant sausgysles ir raiščius.
Suaugusiųjų kamieninių ląstelių naudojimas tyrimams ir terapijai nėra prieštaringas, palyginti su embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis, nes šių ląstelių gamyba nereikalauja sunaikinti embriono. Be to, suaugusiųjų kamienines ląsteles išgaunant iš numatyto recipiento, atmetimo rizika beveik neegzistuoja, todėl JAV vyriausybės parama suaugusiųjų kamieninių ląstelių tyrimams didinama.

Amniono kamieninės ląstelės

Multipotentinės kamieninės ląstelės taip pat randamos amniono skystyje. Šios kamieninės ląstelės labai greitai reaguoja, sparčiai vystosi be papildomo maitinimo ir nėra tumorigeninės. Amniono kamieninės ląstelės yra multipotentinės ir gali diferencijuotis į riebalines, kaulines, raumenines, endotelines, kepenų ir nervines ląsteles. Amniono kamieninės ląstelės šiuo metu aktyviai tiriamos.
Kamieninių ląstelių iš amniono skysčio išgavimas įveikia etinius prieštaravimus dėl žmogaus embriono, kaip ląstelių šaltinio, naudojimo. Romos katalikai, kalbėdami apie nepriimtinus bandymus su embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis, Vatikano laikraštyje „Osservatore Romano“ amniono kamienines ląsteles pavadino „medicinos ateitimi“.
Amnioninių kamienių ląstelių galima gauti iš donorų arba autologiškai (iš to paties organizmo). Pirmasis JAV amnioninių kamieninių ląstelių bankas 2009 m. buvo atidarytas „Biocell Center Corporation“ Medforde, Masačusetse, bendradarbiaujant su įvairiomis ligoninėmis bei pasaulio universitetais.

Sukeltasis pliuripotenciškumas

Tai – ne kamieninės, o labiau perprogramuotos suaugusiųjų ląstelės (pavyzdžiui, epitelio), skatinančios pliuripotenciškumą. Pasitelkiant genetinį baltymų perprogramavimą, pliuripotentinės kamieninės ląstelės, lygios embrionėms kamieninėms ląstelės, buvo gautos iš suaugusio žmogaus odos audinio. Šinja Jamanaka (山中 伸弥) ir jo kolegos iš Kioto universiteto Japonijoje žmogaus veido ląstelių tyrimams pasitelkė Oct3/4, Sox2, c-Myc ir Klf4 transkripcijos faktorius. Kinų kilmės JAV mokslininkas Džunjing Ju (Junying Yu), Jamesas Thomsonas ir jų kolegos iš Viskonsino-Madisono universiteto naudojo kitokius faktorius: Oct4, Sox2, Nanog ir Lin28, taip pat tyrė naudodami žmogaus prieodžio ląsteles.
Užšaldyti kraujo bandiniai gali būti naudojami kaip pliuripotencinių kamieninių ląstelių šaltinis. Taip atsiranda naujas būdas išgauti vertingų ląstelių.

Kilmė

Tam, kad užtikrintų kokybišką atsinaujinimą, kamieninės ląstelės išeina du ląstelės dalijimosi etapus. Simetrinio dalijimosi metu sukuriamos dvi identiškos ląstelės, turinčios kamieninių ląstelių savybių. O asimetrinio dalijimosi metu sukuriama tik viena kamieninė ląstelė, kartu su pirmine ląstele. Gebėjimas atsinaujinti šiuo atveju ribotas. Pirminės ląstelės gali išeiti keletą ląstelės dalijimosi etapų, kol tampa subrendusiomis ląstelėmis. Atskirti šiuos du pasidalijimus vieną nuo kito galima pagal skirtingą ląstelės membranos baltymų (pavyzdžiui, receptorinių) netolygumą.
Kita teorija yra tokia, kad kamieninės ląstelės savo konkrečioje nišoje išlieka nediferencijuotos dėl aplinkos veiksnių. Kamieninės ląstelės diferencijuojasi, kai palieka šią nišą ir nebepriima iš jos signalų.

Trūkumai

Gydant kamieninėmis ląstelėmis gali prireikti imunosupresijos. Taip yra todėl, kad, prieš tam tikrą transplantaciją pašalinant buvusias paciento ląsteles, reikia spindulinės terapijos, ir dėl to, kad paciento imuninė sistema gali pradėti kamienines ląsteles naikinti. Stengiantis išvengti antrojo padarinio, naudojamos paties paciento kamieninės ląstelės.
Tam tikrose kamieninėse ląstelėse pliuripotencija galėtų apsunkinti specifinių ląstelių tipų išgavimą. Taip pat nelengva gauti būtent tą ląstelių rūšį, kurios reikia, nes ne visos ląstelės diferencijuojasi tolygiai. Nesidiferencijavusios ląstelės gali sukurti kitokį audinį, negu buvo tikėtasi.
Kai kurios kamieninės ląstelės po transplantacijos suformuoja auglius. Pliuripotenciškumas siejamas su auglių susidarymu, ypač embrioninėse bei vaisiaus kamieninėse ląstelėse, – nepaisant pliuripotencijos, vaisiaus kamieninės ląstelės vis viena suformuoja auglius.