Ποια είναι η δομή των βλαστικών κυττάρων;

Καθώς διαβάζετε αυτό, οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο βρίσκονται στους εργαστηριακούς πάγκους τους, καταλαβαίνοντας πώς κάποια μέρα θα αναπτύξουν νέους ιστούς και όργανα από μεμονωμένα κύτταρα. Αν νομίζετε ότι ακούγεται σαν κάτι από μια ταινία επιστημονικής φαντασίας, δεν είστε μόνοι. Ωστόσο, αυτή η έρευνα θα μπορούσε να αποφέρει μια επιστημονική ανακάλυψη που αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οι επαγγελματίες του ιατρικού τομέα αντιμετωπίζουν ένα ευρύ φάσμα ανθρώπινων ασθενειών στον πραγματικό κόσμο.

Οι τελικοί στόχοι αυτής της έρευνας μπορεί να είναι ευρείς, αλλά το αντικείμενο της έρευνας είναι τόσο απεριόριστο μικρό που δεν μπορείτε καν να το δείτε με γυμνό μάτι. Το θέμα είναι βλαστοκύτταρα. Χάρη στα μοναδικά χαρακτηριστικά τους, αυτά τα καταπληκτικά κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να αλλάξουν το μέλλον της επιστήμης και της ιατρικής.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της έρευνας στα βλαστικά κύτταρα.

Γνωρίζετε ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή απαιτεί ένα σπέρμα και ένα ωάριο να ενώνονται και να σχηματίζουν ένα

Αλλά αναρωτηθήκατε ποτέ πώς αυτό το μεμονωμένο κύτταρο θα μπορούσε να χωριστεί στα τρισεκατομμύρια και τρισεκατομμύρια κύτταρα σε ένα ανθρώπινο σώμα; Και πώς θα μπορούσε μόνο ένα κύτταρο να δημιουργήσει τόσους πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων - τόσο τα δερματικά κύτταρα όσο και τα εγκεφαλικά κύτταρα, για παράδειγμα;

Καθώς ο ζυγώτης αρχίζει να διαιρείται (πριν εμφυτευτεί στη μήτρα), τα προκύπτοντα κύτταρα είναι στην πραγματικότητα βλαστικά κύτταρα. Οι επιστήμονες λένε ότι αυτά τα εύκαμπτα κύτταρα είναι και τα δύο πολλαπλασιαστικό και πολυδύναμος. Αυτό σημαίνει ότι τα κύτταρα χωρίζονται εύκολα για να παράγουν πολλά, πολλά περισσότερα κύτταρα - και μπορούν να εξελιχθούν σε οποιονδήποτε τύπο εξειδικευμένου κυττάρου μέσω βλαστικών κυττάρων ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΤΗΤΑ-διάκριση.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την εξήγηση της εξειδίκευσης των κυττάρων.

Με την πρώτη ματιά, τα μέρη ενός βλαστοκυττάρου δεν φαίνονται τόσο ξεχωριστά στην επιφάνεια. Όπως όλα τα κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα, τα βλαστικά κύτταρα μοιράζονται μερικές κοινές δομές. Αυτά περιλαμβάνουν:

• ΕΝΑ κυτταρική μεμβράνη, η οποία είναι μια διπλή στιβάδα λιπιδίων που περιβάλλει το κελί που επιτρέπει σε ορισμένα υλικά να εισέλθουν στο κελί και να κρατούν άλλα έξω.
  
• Κυτόπλασμα, ο οποίος είναι ο υγρός ζωμός μέσα στο κελί.
  
• ΕΝΑ πυρήνας, που περιέχει όλες τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου που αποθηκεύονται ως DNA.

Μεταξύ της γονιμοποίησης των σαλπίγγων και της εμφύτευσης στη μήτρα, το έμβρυο θα αλλάξει από ένα απλό φύλλο βλαστικών κυττάρων σε μια οργανωμένη ομάδα κυττάρων - που ονομάζεται γαστρούλα - με τρία μικροβιακά στρώματα. Αυτά τελικά θα δημιουργήσουν όλους τους πολλούς κυτταρικούς τύπους, ιστούς και όργανα που αποτελούν ένα ολόκληρο (αν και πολύ μικρό) ανθρώπινο έμβρυο.

Το εξώτατο στρώμα, που ονομάζεται εκτόδερμα, δημιουργεί κύτταρα του δέρματος και ιστούς του νευρικού συστήματος. Το μεσαίο στρώμα, ή μεσοδερμία, αποδίδει κύτταρα αίματος, συνδετικό ιστό, μυϊκά κύτταρα και τον πλακούντα ιστό που κρατά το έμβρυο ζωντανό στο utero. Το εσωτερικό στρώμα, που ονομάζεται ενδοδερμικόδημιουργεί τις επενδύσεις του εντέρου, των πνευμόνων και του ουρογεννητικού συστήματος.

Χάρη στην πολυδυναμία, τα βλαστικά κύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν και να γίνουν κάποιοι από αυτούς τους τύπους κυττάρων μετά την εμφύτευση. Αυτά τα βλαστικά κύτταρα που σχετίζονται με τη φυσιολογική ανάπτυξη των εμβρύων είναι ένας από τους τρεις τύπους βλαστικών κυττάρων που χρησιμοποιούνται από τους επιστήμονες. Οι ερευνητές τους αποκαλούν ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταραή hESC.

Τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα που χρησιμοποιούνται από τους επιστήμονες δεν προέρχονται ποτέ από την παραδοσιακή γονιμοποίηση εντός των σαλπίγγων ενός πραγματικού ανθρώπου. Αντ 'αυτού, οι επιστήμονες τα δημιουργούν σε δοκιμαστικούς σωλήνες χρησιμοποιώντας in vitro γονιμοποίηση (IVF). Αυτά τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα γενικά καταλήγουν σε ερευνητικά εργαστήρια αφού οι άνθρωποι που χρησιμοποιούν εξωσωματική γονιμοποίηση για να δημιουργήσουν οικογένειες ολοκληρώνουν τη διαδικασία και δωρίζουν τα επιπλέον κατεψυγμένα έμβρυα στην επιστήμη (αντί να τα καταστρέφουν).

Για τους ερευνητές, υπάρχουν ορισμένα οφέλη από τη χρήση εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων σε σύγκριση με άλλους τύπους βλαστικών κυττάρων. Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα είναι αρκετά εύκολα προσπελάσιμα και είναι εύκολο να αναπτυχθούν στην καλλιέργεια. Το πιο σημαντικό, τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα είναι πραγματικά κενά πλακίδια που μπορούν να προκαλέσουν ουσιαστικά οποιοδήποτε τύπο κυττάρου κατά τη διαφοροποίηση των βλαστικών κυττάρων.

Όπως τα κύτταρα μετά την εμφύτευση σε μια ζωντανή μήτρα, τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα στο εργαστήριο συσσωρεύονται φυσικά εμβρυοειδή σώματα και αρχίζουν να διαφοροποιούνται σε εξειδικευμένα κελιά. Οι επιστήμονες που καλλιεργούν εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα στην καλλιέργεια πρέπει να διατηρούν συγκεκριμένες συνθήκες στο αναπτυσσόμενο μέσο για να αποτρέψουν αυτό να συμβεί.

Επιτρέποντας στα βλαστικά κύτταρα να πολλαπλασιαστούν χωρίς διαφοροποίηση, δημιουργούν οι επιστήμονες γραμμές εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων. Οι επιστήμονες μπορούν στη συνέχεια να παγώσουν αυτές τις κυτταρικές σειρές και να τις στείλουν σε άλλα εργαστήρια για ερευνητικά έργα ή περαιτέρω καλλιέργεια. Για να χαρακτηριστεί ως κυτταρική γραμμή, τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα πρέπει:

• Αναπτύσσεται χωρίς διαφοροποίηση στην κυτταρική καλλιέργεια για τουλάχιστον έξι μήνες.
• Να είστε πολυδύναμοι ή να μπορείτε να κάνετε διαφοροποίηση σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου.
• Δεν έχετε γενετικές ανωμαλίες.

Όταν οι ερευνητές είναι έτοιμοι για τα κύτταρα σε μια σειρά εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων να γίνουν συγκεκριμένοι τύποι κυττάρων, όπως για ένα συγκεκριμένο ερευνητικό έργο, αλλάζουν απλώς το μέσο καλλιέργειας ή εισάγουν συγκεκριμένα γονίδια στο βλαστοκύτταρο για να προκαλέσουν βλαστικά κύτταρα ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΤΗΤΑ-διάκριση.

Αποδεικνύεται ότι πολλοί ώριμοι ιστοί στο πλήρως αναπτυγμένο ανθρώπινο σώμα κρέμονται σε ορισμένα αδιαφοροποίητα κύτταρα για μια βροχερή μέρα. Αυτά τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα - μερικές φορές καλείται σωματικός βλαστικά κύτταρα - ενεργοποιούνται όταν το σώμα χρειάζεται νέα κύτταρα. Αυτό συμβαίνει προκειμένου να ληφθεί υπόψη ο φυσιολογικός κύκλος εργασιών και η ανάπτυξη των κυττάρων, καθώς και η αποκατάσταση ιστών μετά από τραυματισμό ή ασθένεια.

Οι επιστήμονες έχουν βρει βλαστικά κύτταρα ενηλίκων σε μια μεγάλη ποικιλία οργάνων και ιστών, όπως:

• Αιμοφόρα αγγεία.
• Μυελός των οστών.
• Εγκέφαλος.
• Εντερο.
• Καρδιά.
• Συκώτι.
• Ωοθήκες.
• Περιφερικό αίμα.
• Σκελετικός μυς.
• Δόντια.
• Δοκιμές.

Τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα βρίσκονται γενικά σε συγκεκριμένες περιοχές, που ονομάζονται κόγχες βλαστικών κυττάρων. Σε αντίθεση με τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα, τα οποία μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου, η διαφοροποίηση των βλαστικών κυττάρων ενηλίκων είναι περιορισμένη και συγκεκριμένη για τον ιστό. Αυτό σημαίνει ότι τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα συνήθως διαφοροποιούνται σε μόνο τους τύπους κυττάρων που σχετίζονται με τον ιστό στον οποίο βρίσκονται.

Για παράδειγμα, τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα στον εγκέφαλο θα γίνουν μόνο νευρικά κύτταρα ή μη νευρωνικά εγκεφαλικά κύτταρα. Εδώ είναι μερικά άλλα γνωστά βλαστικά κύτταρα ενηλίκων και οι εξειδικευμένοι τύποι κυττάρων τους:

• Αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα βρίσκονται στο μυελό των οστών και δημιουργούν κύτταρα του αίματος, συμπεριλαμβανομένων των ερυθρών αιμοσφαιρίων και των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος.
• Μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα βρίσκονται στο μυελό των οστών (και σε ορισμένους άλλους ιστούς) και δημιουργούν κύτταρα οστών, κύτταρα χόνδρου, λιπώδη κύτταρα και στρωματικά κύτταρα.
• Επιθηλιακά βλαστικά κύτταρα βρίσκονται βαθιά στην επένδυση του εντέρου και δημιουργούν απορροφητικός κύτταρα, κύπελλο κύτταρα, εντεροενδοκρινική κύτταρα και Πάνεθ κύτταρα.
• Βλαστικά κύτταρα του δέρματος βρίσκονται στο βασικό στρώμα του δέρματος και δημιουργούν κερατινοκύτταρα που δημιουργούν ένα προστατευτικό στρώμα στην επιφάνεια του δέρματος.

Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει σε πειράματα ότι ορισμένα ενήλικα βλαστικά κύτταρα διαφοροποιήθηκαν σε εξειδικευμένα κύτταρα εκτός από τον αναμενόμενο τύπο κυττάρου, ο οποίος είναι παρόμοιος με την πολύτιμη πολλαπλή εμβρυϊκή βλαστοκύτταρα. Ωστόσο, αυτό μεταδιαφοροποίηση είναι σπάνιο και επηρεάζει μόνο ένα μικρό τμήμα των βλαστικών κυττάρων όταν συμβαίνει. Οι ερευνητές δεν είναι σίγουροι εάν συμβαίνει καθόλου στους ανθρώπους.

Τα βλαστικά κύτταρα ενηλίκων έχουν κάποια μειονεκτήματα για τους επιστήμονες. Είναι σπάνιοι και δύσκολο να αναπτυχθούν στο εργαστήριο. Έχουν επίσης όρια στο πόσο μπορούν να χωρίσουν και σε τι είδους κύτταρα μπορούν να γίνουν. Ωστόσο, τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα έχουν ένα ξεχωριστό πλεονέκτημα: Είναι πιθανότατα λιγότερο πιθανό να προκαλέσουν ανοσοαπόρριψη δεδομένου ότι θα μπορούσαν να συλλεχθούν από το σώμα του ασθενούς.

Το 2006, οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν ακόμη τύπο βλαστικών κυττάρων: προκαλούμενα πολυδύναμα βλαστικά κύτταραή iPSC. Αυτά είναι βλαστικά κύτταρα ενηλίκων που οι επιστήμονες επαναπρογραμματίζουν ώστε να ενεργούν περισσότερο σαν εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα. Ωστόσο, δεν είναι ακόμη σαφές εάν υπάρχουν σημαντικές κλινικές διαφορές μεταξύ των επαγόμενων πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων και των εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ήδη iPSC για σημαντική εργασία, όπως η ανάπτυξη ναρκωτικών και η μοντελοποίηση ανθρώπινων ασθενειών για ερευνητικούς σκοπούς.

Υπάρχουν τεχνικά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν προτού οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα προκαλούμενα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα για πιο άμεσες εφαρμογές. Εκτός από την επιβεβαίωση ότι αυτά τα βλαστικά κύτταρα δεν είναι ουσιαστικά διαφορετικά από τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα, οι ερευνητές πρέπει να επινοήσουν νέες τεχνικές για την παραγωγή επαγόμενων πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων στο πρώτο θέση. Η τρέχουσα μέθοδος χρησιμοποιεί ιούς ως μέσο για τον επαναπρογραμματισμό, ο οποίος έχει δείξει σοβαρές παρενέργειες, όπως ο καρκίνος, σε μελέτες σε ζώα.

Εκτός από τον έλεγχο νέων φαρμάκων για τη φαρμακευτική βιομηχανία και χρησιμεύουν ως μοντέλα ασθενειών για ερευνητικά έργα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα βλαστικά κύτταρα μπορεί να κάνουν νέα (και συναρπαστικά) κυτταρικές θεραπείες δυνατόν. Αυτό σημαίνει ότι κάποια μέρα τα εργαστήρια μπορεί να αναπτύξουν νέα όργανα και ιστούς για άτομα που χρειάζονται μεταμοσχεύσεις αντί να βασίζονται σε δότες οργάνων και ιστών.

Αυτό θα μπορούσε να μοιάζει με επιστήμονες που χρησιμοποιούν βλαστικά κύτταρα για να κάνουν καρδιακά μυϊκά κύτταρα που μπορούν να μεταμοσχευτούν σε άτομα με χρόνια καρδιακή νόσο. Οι τρέχουσες μελέτες σε ζώα δείχνουν ότι τα στρωματικά βλαστικά κύτταρα από το μυελό των οστών δείχνουν υπόσχεση για αυτήν την εφαρμογή, αν και ο ακριβής μηχανισμός εξακολουθεί να είναι ασαφής. Οι επιστήμονες δεν είναι σίγουροι εάν τα βλαστικά κύτταρα δημιουργούν νέα κύτταρα καρδιακών μυών ή κύτταρα αιμοφόρων αγγείων - ή εάν κάνουν κάτι άλλο εντελώς.

Ένα άλλο θεωρητικό παράδειγμα είναι ο διαβήτης τύπου 1. Οι επιστήμονες ελπίζουν να διαφοροποιήσουν τα ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα στα κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη. Το ανοσοποιητικό σύστημα των ατόμων με διαβήτη διαταράσσει αυτά τα κύτταρα και τους απαγορεύει να κάνουν τη δουλειά τους. Οι επιστήμονες αναρωτιούνται εάν θα μπορούσαν κάποια μέρα να διαφοροποιήσουν τα βλαστικά κύτταρα σε κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη και να τα μεταμοσχεύσουν σε ασθενείς.

Εκτός από τις καρδιακές παθήσεις και τον διαβήτη, άλλες ανθρώπινες ασθένειες και καταστάσεις που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η ιατρική πρόοδος θα μπορούσε να επηρεάσει είναι ευρεία και περιλαμβάνουν:

• Εγκαύματα.
• Εκφυλισμός της ωχράς κηλίδας, ο οποίος μπορεί να προκαλέσει απώλεια όρασης.
• Οστεοαρθρίτιδα και ρευματοειδής αρθρίτιδα.
• Τραυματισμός του νωτιαίου μυελού, που μπορεί να προκαλέσει μούδιασμα, απώλεια λειτουργίας ή παράλυση.
• Εγκεφαλικό.

Φυσικά, η μεταφορά αυτών των νέων θεραπειών σε πραγματικούς ασθενείς θα απαιτήσει από τους επιστήμονες να κυριαρχήσουν σε κάθε βήμα αυτής της θεωρητικής διαδικασίας. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει:

• Αναπτύξτε αρκετά βλαστικά κύτταρα για να χτίσετε φυσικά τον ιστό ή το όργανο.
• Διεγείρετε τα βλαστικά κύτταρα ώστε να διαφοροποιηθούν στον σωστό τύπο κυττάρου.
• Βεβαιωθείτε ότι τα διαφοροποιημένα βλαστικά κύτταρα μπορούν να επιβιώσουν μέσα στο σώμα του ασθενούς.
• Βεβαιωθείτε ότι τα διαφοροποιημένα βλαστικά κύτταρα ενσωματώνονται σωστά στους ιστούς του δέκτη μέσα στο σώμα του ασθενούς.
• Εύλογα περιμένουμε ότι ο νέος ιστός ή όργανο θα κάνει τη δουλειά που έχει κατασκευαστεί για όλη τη διάρκεια της ζωής του ασθενούς.
• Βεβαιωθείτε ότι τα νέα κύτταρα δεν προκαλούν παράπλευρη βλάβη στον ασθενή, όπως ο καρκίνος.

Σύμφωνα με τον ορισμό των βλαστικών κυττάρων, αυτά τα βήματα φαίνονται εφικτά χρησιμοποιώντας εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα, αλλά θα απαιτήσουν πολλά χρόνια σοβαρής έρευνας σε πολλά μέτωπα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η έρευνα βλαστικών κυττάρων είναι ένας τόσο ενεργός τομέας στις επαγγελματικές επιστήμες - και επίσης γιατί είναι κορυφαίο για πολλούς καθηγητές και μαθητές της επιστήμης.

Ενώ το τελικό αποτέλεσμα της έρευνας των βλαστικών κυττάρων μπορεί να είναι ακόμα στο δρόμο, αυξάνοντας τη γενική κατανόηση της δομής των βλαστικών κυττάρων και του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί η διαφοροποίηση των βλαστικών κυττάρων είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να είναι μέρος αυτής της αναδυόμενης επιστήμη.