Cilmes šūnas - veidi, pazīmes, pielietojums

Cilmes šūnas ar spēju pārveidoties, šķiet, ir brīnišķīgs līdzeklis pret daudzām slimībām. Uzziniet, kas ir cilmes šūnas, kādas slimības pašlaik lieto cilmes šūnas un kādas ir cilmes šūnu terapijas attīstības perspektīvas? No kurienes rodas speciālistu skepse?

Cilmes šūnas spēj pārveidoties par cita veida šūnām. Cilmes šūnu terapija noteikti ir viens no mūsdienu medicīnas visiekārtīgākajiem un daudzsološākajiem jēdzieniem. Šķiet, ka viņu medicīnisko lietojumu sarakstam jābūt bezgalīgam - bojātu audu labošanai, aizvietojošo orgānu audzēšanai ...

Tomēr fakti ir atšķirīgi. Lai gan cilmes šūnu izpētes pirmsākumi notika pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados, līdz šim to izmantošana ir ierobežota ar dažām skaidri definētām indikācijām.

Cilmes šūnu izmantošanai ir daudz ideju, tomēr to ieviešanu klīniskajā lietošanā ierobežo vairāki faktori, starp kuriem izvirzās jautājums par šāda veida terapijas drošību.

Kas ir cilmes šūnas?

Cilmes šūnas ir būtiskas cilvēka ķermeņa veidošanai. Agrīnākajās attīstības stadijās cilvēka embriju pilnībā veido cilmes šūnas. Laika gaitā tie piedzīvo izmaiņas, radot visas šūnu līnijas, kas veido cilvēka ķermeni.

Otra svarīgā cilmes šūnu loma ir kolonizēt dažus nobrieduša organisma audus un darboties kā "noliktava". Ja nepieciešams, viņi spēj pārveidoties par noteikta audu šūnām, kas mirst vai ir bojātas. Tomēr tas ir iespējams tikai ar noteiktiem audiem.

Tādējādi cilmes šūnas ir tās šūnas, kurām ir spēja pārveidoties citos, specializētākos šūnu veidos.

Vissvarīgākā cilmes šūnu iezīme, kas atšķir tās no citām šūnām, ir to sadalīšanās veids.

Dalīšanās laikā cilmes šūna var atšķirt sevi, t.i., izveidot noteikta veida meitas šūnu (piemēram, muskuļu, nervu vai epitēlija šūnu).

Cilmes šūnas ir dažādu veidu, atkarībā no to rakstura: daži var pārveidoties par jebkura veida meitas šūnām, bet citi spēj ražot tikai šūnas, kas veido noteikta veida audus (vairāk par to tālāk).

Otra svarīgā cilmes šūnu iezīme ir saistīta arī ar to dalīšanos. Meitas šūnas veidošanās laikā vecāku šūna nepazūd bez pēdām. Dalīšanās procesā tiek izveidota vēl viena cilmes šūna, identiska "mātes šūnai".

Tādējādi cilmes šūnu dalīšanās ietekme ir viena cilmes šūna un viena specializēta meitas šūna.

Šo mehānismu sauc par pašatjaunošanos. Pateicoties tam, cilmes šūnas "nenodilst" un neļauj samazināties to baseina lielumam.

Cilmes šūnu veidi

Kā jau minēts, cilmes šūnas, sadaloties, var pārveidoties par cita veida šūnām. Vai tad jebkura cilmes šūna var kļūt par jebkuru meitas šūnu? Nē.

Cilmes šūnas ir sadalītas četrās apakšgrupās atkarībā no tā, cik plašs šūnu spektrs var rasties no to dalīšanās.

Cilmes šūnas, kas veido cilvēka embriju, spēj radīt visu veidu šūnu līnijas. Savukārt dažas cilmes šūnas, kas apdzīvo pieauguša cilvēka audus, var pārveidoties tikai par stingri definētu šūnu tipu, kas veido noteiktu audu.

Cilmes šūnu sadalījums, pateicoties iespējai izveidot dažādas meitas šūnas, ir šāds:

• totipotentās cilmes šūnas

Tās ir šūnas ar visplašāko diferenciācijas potenciālu un var pārveidoties par jebkura veida meitas šūnām. Totipotentās šūnas agrīnā attīstības stadijā veido zigotu (šūnu, kas rodas olšūnas apaugļošanas rezultātā ar spermu), kā arī embriju. No totipotentajām šūnām var izveidot visa veida šūnas, kas veido cilvēka ķermeni.

• pluripotentās cilmes šūnas

Pluripotentās šūnas var pārveidoties arī daudzu veidu šūnās. Tomēr placentas šūnas ir izņēmums. Pluripotentās šūnas veido tā saukto embrija mezgls, kas ir viena no embriju attīstības pirmajā nedēļā izveidotajām struktūrām.

Lasiet arī: Augļa attīstība: kā auglis attīstās nedēļu pēc nedēļas

Embrija mezgla pluripotentās šūnas rada trīs t.s. dīgļu slāņi, no kuriem vēlāk attīstās visi mūsu organisma audi. Lai arī dīgļu slāņu nosaukumi izklausās mazliet sarežģīti (ektoderma, mezoderma un endoderma), no tiem izveidojušies audi ir zināmi visiem.

Ektoderma ir āda un nervu sistēma, mezoderma - asinsrites un balsta un kustību aparāta sistēma, un endoderma - elpošanas sistēma un lielākā daļa gremošanas sistēmas.

• multipotentās cilmes šūnas

Multipotentās šūnas ir cilmes šūnu grupa ar nedaudz šaurāku diferenciācijas potenciālu. Kaut arī tie joprojām var radīt vairāku veidu šūnas, parasti tās ir līdzīga tipa šūnas. Šīs apakšgrupas šūnu paraugs ir kaulu smadzeņu multipotentās šūnas, kas pazīstamas arī kā hematopoētiskās cilmes šūnas. Tie var pārveidoties par jebkuru asins šūnu, piemēram, eritrocītiem vai dažāda veida leikocītiem. Tomēr viņi nespēj ražot šūnas, kas veido citus audus.

• vienpotentās cilmes šūnas

Šāda veida šūnas var kļūt tikai par viena veida meitām. Parasti vienpotentās šūnas darbojas kā rezervuārs pieaugušo audu atjaunošanai un atjaunošanai. Unipotentu šūnu piemērs ir epidermas cilmes šūnas, kas atrodamas cilvēka ādā.

Kur var iegūt cilmes šūnas

Cilmes šūnu iegūšana būtībā ir iespējama divos veidos.

Viņu pirmais avots ir cilvēka embrijs, no kura tiek izolētas tā dēvētās embrija cilmes šūnas. Tās ir totipotenta vai pluripotenta rakstura šūnas, un tāpēc tās spēj diferencēties visu veidu audos.

Tiek saukts otrais cilmes šūnu veids somatiskās cilmes šūnas (vai "pieaugušo" cilmes šūnas). Šāda veida šūnas nāk - kā norāda nosaukums - no pieauguša cilvēka ķermeņa.

Normālos apstākļos tās ir šūnas, kas apdzīvo dažādus orgānus

• smadzenes
• muskuļi
• aknas
• āda
• asinsvadi

Šajos orgānos cilmes šūnas darbojas kā rezervuārs, ļaujot atjaunot bojātos audus.

Nav grūti uzminēt, ka somatiskajām cilmes šūnām ir ierobežotāks diferenciācijas potenciāls nekā embrija cilmes šūnām. Šūnas, kas iegūtas no pieauguša organisma, ir daudzspēcīgas vai vienpotīgas, tas ir, tās var pārveidoties par līdzīga tipa šūnām vai pat tikai par viena veida meitas šūnām.

Somatisko cilmes šūnu atrašana un iegūšana pieauguša cilvēka ķermenī ir diezgan liels izaicinājums. Šādu šūnu skaits audos ir ļoti mazs.

Pēc savākšanas tos ir ļoti grūti audzēt laboratorijas apstākļos, tāpēc ir grūti iegūt lielākus daudzumus.

Pagaidām pieaugušo cilmes šūnas tiek iegūtas tikai no dažiem avotiem. Hematopoētisko cilmes šūnu gadījumā tie ir:

• smadzenes
• perifērās asinis
• nabassaites asinis

Savukārt no taukaudiem un kaulu smadzenēm var iegūt t.s. mezenhimālās cilmes šūnas. Tie var pārveidoties par dažāda veida audiem:

• kauls
• skrimšļains
• muskuļi
• trekns

Terapijas ar mezenhimālo cilmes šūnu izmantošanu joprojām ir izpētes fāzē - to drošība un efektivitāte līdz šim nav apstiprināta.

Ir vērts pieminēt vēl vienu cilmes šūnu veidu, kas ir sava veida iepriekš minēto divu hibrīds. To sauc izraisītas pluripotentās cilmes šūnas.

Tās ir cilmes šūnas, kas iegūtas no pieauguša organisma un ir pārprogrammētas laboratorijā, lai tām piešķirtu dzimumšūnu īpašības.

Cilmes šūnu pašreizējā izmantošana

Tā kā mēs jau zinām cilmes šūnu diferenciācijas veidus un iespējas, paliek jautājums - kurš no tiem un kā tos lieto medicīnā?

• embrija cilmes šūnas

Embrija cilmes šūnas nav apstiprinātas jebkura veida terapijai. Kāpēc? Šeit ir daži iemesli.

Pirmkārt, to izmantošana ietver ētiskas dilemmas. Embrionālās cilmes šūnas tiek iegūtas no embrijiem, kas paredzēti pētniecības mērķiem, un tie visbiežāk tiek veidoti apaugļošanas laikā in vitro. Ētikas jautājumi ir viens no faktoriem, kas ierobežo šādā veidā iegūto cilmes šūnu pētījumu progresu.

Otrais šķērslis dzimumšūnu izmantošanai ir tīri zinātnisks. Tās ir šūnas ar lielu diferenciācijas potenciālu, kas var pārveidoties par jebkura veida meitas šūnām. Pagaidām nav atrasta metode, kā kontrolēt viņu uzvedību.

Embrionālās cilmes šūnas pēc implantēšanas cilvēka ķermenī veido audzējus, kas sastāv no dažādām nejauši sakārtotām šūnām. Šāda veida audzējus sauc par teratomām (latīņu teratomas). Mēs pastāvīgi meklējam veidus, kā dzimumšūnas novirzīt tā, lai tās pārveidotos vēlamajos audos.

Embriju cilmes šūnu izmantošana ir saistīta arī ar atgrūšanas risku - tās veido svešķermeņus (līdzīgi kā orgānu transplantācija no nesaistīta donora).

Risks ir daudz mazāks, lietojot pieaugušo cilmes šūnas, kuras ziedo un saņem viens un tas pats pacients. Šo procedūru sauc par autologu transplantāciju.

• pieaugušo cilmes šūnas

Lai arī pieaugušo cilmes šūnu izmantošana ir saistīta arī ar daudziem ierobežojumiem, medicīnā līdz šim ir izmantots tikai šāda veida cilmes šūnas. Pieaugušo cilmes šūnu iegūšanai nav nepieciešama embriju kultūra, tāpēc tas rada daudz mazāk morālu dilemmu. Pieaugušo cilmes šūnas tiek izmantotas šādos terapijas veidos:

• hematopoētisko cilmes šūnu transplantācija

Hematopoētisko cilmes šūnu transplantācija pašlaik ir vienīgā parastā cilmes šūnu terapija, kuru veiksmīgi izmanto visā pasaulē. Tā sauktais kaulu smadzeņu transplantācija ir daudzu hematoloģisko slimību ārstēšanas metode.

Pirmkārt, tos lieto pacientiem ar primāriem imūndeficītiem, tas ir, iedzimtām novirzēm imūnsistēmā. Kaulu smadzeņu transplantācija viņiem bieži ir vienīgais veids, kā iegūt pareizi funkcionējošas imūnās šūnas.

Otra pacientu grupa, kurai var būt nepieciešama asinsrades cilmes šūnu transplantācija, ir tie, kuru kaulu smadzenes ir bojātas, piemēram, agresīvas pretvēža ārstēšanas rezultātā.

Šāda situācija var būt vēlama asins vēža gadījumā (piemēram, leikēmijas), kur terapijas mērķis ir iznīcināt hematopoētisko sistēmu, uz kuru attiecas neoplastiskais process, un tās turpmāko rekonstrukciju ar implantētu cilmes šūnu palīdzību.

• plašu brūču ārstēšana, izmantojot epidermas cilmes šūnas

Epidermas cilmes šūnas ir viens no veidiem, kā dziedēt plaša mēroga brūces, piemēram, apdegumus.

Visa procedūra ir šāda: vispirms no pacienta veselīgas ādas fragmenta tiek savāktas epidermas cilmes šūnas.

Tad šīs šūnas tiek pakļautas laboratorijas kultivēšanai apstākļos, kas ļauj intensīvi pavairot.

Pēc atbilstoša šūnu skaita iegūšanas tās novieto uz brūces virsmas.

Terapijas papildu priekšrocība ir tā, ka pacienta ķermenis nevar noraidīt šādu "pārsēju" - tas tika izgatavots no savām šūnām.

• oftalmoloģiskā ārstēšana, izmantojot radzenes ekstremitāšu cilmes šūnas

Cita terapija, izmantojot cilmes šūnas, ir apstiprināta salīdzinoši nesen. Tās ir zāles, kas satur radzenes ekstremālās cilmes šūnas, kas ļauj atjaunot radzenes epitēliju (acs ābola priekšējo, ārējo slāni).

Tāpat kā iepriekšējā gadījumā, šūnu "avots" ir pats pacients, precīzāk, viņa veselīgā acs.

Pēc cilmes šūnu savākšanas tās laboratorijā pavairo un pēc tam ievada skartajā acī. Norāde par terapijas lietošanu ir radzenes ekstremitāšu cilmes šūnu deficīts, piemēram, ķīmiskas vielas bojājumu dēļ.

Cilmes šūnu nākotne

Iepriekš minētajā tekstā ir apkopota pašreizējā un, kā redzat, ļoti ierobežota cilmes šūnu izmantošana medicīnā.

Pētījumi šajā jomā ir sarežģīti, un cilmes šūnas joprojām rada vairāk jautājumu nekā atbildes.

Laiku pa laikam zinātnes pasaulē ir informācija par atklājumiem, kas saistīti ar tiem, bet diemžēl daudzos gadījumos izrādās, ka publicētie pētījumu rezultāti nav patiesi.

Tas notika, piemēram, skaļa mēģinājuma implantēt kaulu smadzeņu cilmes šūnas pēcinfarkta rētā sirds muskuļos. Šādas terapijas it kā pozitīvie rezultāti izraisīja turpmāko pētījumu lavīnu citos klīniskajos centros, taču visi eksperimenti galu galā beidzās ar neveiksmi.

Lai veiksmīgi un droši izmantotu cilmes šūnas medicīnā, joprojām ir vajadzīgi daudzu gadu pētījumi.

Zinātnieki pastāvīgi cenšas uzzināt vairāk par neparastiem to darbības mehānismiem.

Kādi faktori ietekmē cilmes šūnu diferenciācijas procesu?

Vai šis process ir kontrolējams?

Ko darīt, lai varētu tos efektīvi pavairot?

Kurām no līdz šim neārstējamām slimībām patiešām ir iespēja izārstēties, izmantojot šo terapiju?

Šie un daudzi citi jautājumi tiek pastāvīgi pētīti.

Šeit ir vērts pieminēt, ka, lai gan cilmes šūnu terapeitiskā izmantošana ir ierobežota, tās ir noderīgas citās medicīnas jomās.

Viens piemērs ir neoplastisko procesu izpēte. Cilmes šūnas ļauj simulēt šādu procesu laboratorijas apstākļos un pēc tam pārbaudīt uz tiem iespējamās terapijas (piemēram, jaunas pretvēža zāles).

Pašreizējie cilmes šūnu pētījumi atbilst, piemēram, pieteikumam:

• neirodeģeneratīvas slimības (piemēram, Alcheimera slimība)
• muguras smadzeņu traumas
• balsta un kustību aparāta traumas

un, visbeidzot, mēģinājumi rekonstruēt veselus orgānus (piemēram, aizkuņģa dziedzeris I tipa diabēta gadījumā).

Mums jāapzinās, ka cilmes šūnas nav visu ārstējošais līdzeklis un ka katrs iespējamais pielietojums tiek neatkarīgi pētīts un pirms apstiprināšanas jāveic virkne klīnisko pētījumu.

Visbeidzot, ir vērts brīdināt arī par “klīnikām”, kas bez jebkādas atļaujas piedāvā cilmes šūnu terapiju.

Šāda veida eksperimenti labākajā gadījumā zaudē naudu, sliktākajā gadījumā - veselību un pat dzīvību.

Bibliogrāfija:

1. "Pieaugušo cilmes šūnas: reģeneratīvās medicīnas cerības un hipai" J. Dulak et.al. Acta Biochimica Polonica, 62. sējums, Nr. 3/2015, 329–337
2. "Cilmes šūnu bioloģija: pārskats" P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). 2011. gada septembris; 1 (3): 63–67.
3. "Cilmes šūnas radzenē" Hertsenberg AJ, Funderburgh JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25–41
4. "Cilmes šūnas ādas reģenerācijā, brūču dziedēšanā un to klīniskajā pielietojumā" Ojeh N. et.al. Int J Mol Sci. 2015. gada 23. oktobris; 16

Par autoru

Krzysztof Białoży Medicīnas students Collegium Medicum Krakovā, lēnām ieejot ārsta pastāvīgo izaicinājumu pasaulē. Viņu īpaši interesē ginekoloģija un dzemdniecība, pediatrija un dzīvesveida medicīna. Cienītājs svešvalodās, ceļojumi un pārgājieni kalnos.

Lasiet vairāk šī autora rakstus