Mikä on kantasolujen rakenne?

Kun luet tätä, tutkijat ympäri maailmaa ovat laboratorion penkeillä ja keksivät, kuinka jonain päivänä kasvattaa uusia kudoksia ja elimiä yksittäisistä soluista. Jos luulet, että se kuulostaa jotain tieteiselokuvasta, et ole yksin. Tämä tutkimus voi kuitenkin tuottaa tieteellisen läpimurron, joka muuttaa tapaa, jolla lääketieteen ammattilaiset hoitavat monenlaisia ​​ihmissairauksia todellisessa maailmassa.

Tämän tutkimuksen lopulliset tavoitteet saattavat olla laajoja, mutta tutkimuskohde on niin äärettömän pieni, että et edes näe sitä paljaalla silmällä. Aihe on kantasoluja. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta nämä hämmästyttävät solut voivat muuttaa tieteen ja lääketieteen tulevaisuutta.
Lue lisää kantasolututkimuksen eduista ja haitoista.

Tiedät, että seksuaalinen lisääntyminen vaatii siittiösolun ja munasolun muodostumista yhdessä muodostamaan a tsygootti lannoituksen kautta. Tämä yksittäinen eukaryoottisolu sisältää täydellisen täydennyksen geneettisestä tiedosta ja sillä on mahdollisuus jakautua monimutkaiseksi monisoluiseksi organismiksi, kuten sinä itse.

Mutta oletko koskaan miettinyt, kuinka tuo yksittäinen solu voisi jakautua biljooniin ja biljooniin soluihin ihmiskehossa? Ja miten vain yksi solu voisi saada aikaan niin monia erityyppisiä soluja - esimerkiksi ihosoluja ja aivosoluja?

Kun sygootti alkaa jakautua (ennen kuin se implantoituu kohtuun), saadut solut ovat itse asiassa kantasoluja. Tutkijoiden mukaan nämä joustavat solut ovat molemmat lisääntyvä ja pluripotentti. Tämä tarkoittaa, että solut jakautuvat helposti tuottamaan monia, paljon enemmän soluja - ja ne voivat kehittyä minkä tahansa tyyppiseksi erikoistuneeksi soluksi kantasolun kautta erilaistuminen.
Lue lisää solujen erikoistumisen selityksestä.

Ensi silmäyksellä kantasolun osat eivät näytä olevan niin erikoisia pinnalla. Kuten kaikilla ihmiskehon soluilla, myös kantasoluilla on muutama yhteinen rakenne. Nämä sisältävät:

• A solukalvo, joka on solua ympäröivä lipidikaksoiskerros, joka antaa joidenkin materiaalien päästä soluun ja pitää toiset poissa.
  
• Sytoplasma, joka on nestemäinen liemi solun sisällä.
  
• A ydin, joka sisältää kaikki solun geneettiset tiedot, jotka on tallennettu DNA: ksi.

Munanjohtimissa tapahtuvan hedelmöityksen ja kohtuun istuttamisen välillä alkio muuttuu yksinkertaisesta kantasoluista järjestäytyneeksi soluryhmäksi - nimeltään gastrula - kolmella alkio kerrokset. Nämä johtavat lopulta kaikkiin moniin solutyyppeihin, kudoksiin ja elimiin, jotka muodostavat kokonaisen (vaikkakin vielä hyvin pienen) ihmisen sikiön.

Uloin kerros, jota kutsutaan ektodermi, aiheuttaa ihosoluja ja hermoston kudoksia. Keskikerros tai mesoderm, tuottaa verisoluja, sidekudosta, lihassoluja ja istukan kudosta, joka pitää sikiön hengissä kohdussa. Sisäkerros, nimeltään endoderma, luo suoliston, keuhkojen ja urogenitaalisen alueen vuoraukset.

Pluripotenssin ansiosta kantasolut voivat erilaistua ja niistä voi tulla mikä tahansa näistä solutyypeistä istutuksen jälkeen. Nämä alkion normaaliin kehitykseen liittyvät kantasolut ovat yksi kolmesta tutkijoiden käyttämästä kantasolutyypistä. Tutkijat kutsuvat heitä ihmisen alkion kantasoluttai hESC: t.

Tutkijoiden käyttämät alkion kantasolut eivät koskaan ole peräisin perinteisestä hedelmöityksestä varsinaisen ihmisen munanjohtimissa. Sen sijaan tutkijat luovat ne koeputkiin käyttäen in vitro lannoitus (IVF). Nämä alkion kantasolut päätyvät yleensä tutkimuslaboratorioihin sen jälkeen, kun ihmiset, jotka käyttävät IVF: ää perheiden luomiseen, ovat saattaneet prosessin loppuun ja lahjoittaneet ylimääräiset jäädytetyt alkiot tiedeelle (sen sijaan, että tuhoaisivat ne).

Tutkijoille on alkion kantasolujen käytöllä tiettyjä etuja verrattuna muihin kantasoluihin. Alkion kantasoluja on melko helppo saada ja niitä on helppo kasvattaa kulttuurissa. Mikä tärkeintä, alkion kantasolut ovat todella tyhjiä levyjä, jotka voivat aiheuttaa olennaisesti minkä tahansa tyyppisiä soluja kantasolujen erilaistumisen yhteydessä.

Aivan kuten solut elävään kohtuun istuttamisen jälkeen, laboratorion alkion kantasolut sulautuvat luonnollisesti yhteen alkion rungot ja alkaa erilaistua erikoistuneiksi soluiksi. Tutkijoiden, jotka kasvattavat alkion kantasoluja kulttuurissa, on ylläpidettävä erityisiä olosuhteita kasvualustassa, jotta tämä ei tapahtuisi.

Antamalla kantasolujen lisääntyä erilaistumatta, tutkijat luovat alkion kantasolulinjat. Tutkijat voivat sitten jäädyttää nämä solulinjat ja lähettää ne muihin laboratorioihin tutkimushankkeisiin tai jatkoviljelyyn. Alkiokantasolujen on täytyttävä solulinjaksi:

• Kasvaa erillään soluviljelmässä vähintään kuuden kuukauden ajan.
• Ole pluripotentti tai kykenevä erilaistumaan mihin tahansa solutyyppiin.
• Ei ole geneettisiä poikkeavuuksia.

Kun tutkijat ovat valmiita siihen, että alkion kantasolulinjan soluista tulee tietyntyyppisiä soluja, kuten tietylle solulle tutkimusprojektissa, he yksinkertaisesti muuttavat viljelyalustaa tai injektoivat spesifisiä geenejä kantasoluun kantasolun laukaisemiseksi erilaistuminen.

On käynyt ilmi, että monet täysin kehittyneen ihmiskehon kypsä kudos roikkuvat eräiden erilaistumattomien solujen varassa sateisena päivänä. Nämä aikuisten kantasolut - joskus kutsutaan somaattinen kantasolut - aktivoituvat, kun keho tarvitsee uusia soluja. Tämä tapahtuu solujen normaalin vaihtumisen ja kasvun huomioon ottamiseksi sekä kudoksen korjaamiseksi loukkaantumisen tai sairauden jälkeen.

Tutkijat ovat löytäneet aikuisten kantasoluja monenlaisista elimistä ja kudoksista, kuten:

• Verisuonet.
• Luuydin.
• Aivot.
• Gut.
• Sydän.
• Maksa.
• Munasarjat.
• Ääreisverenkierto.
• Luurankolihas.
• Hampaat.
• Kivekset.

Aikuisten kantasoluja esiintyy yleensä tietyillä alueilla, joita kutsutaan kantasolujen kapealla. Toisin kuin alkion kantasolut, jotka voivat erilaistua mihin tahansa solutyyppiin, aikuisen kantasolujen erilaistuminen on rajallista ja kudosspesifistä. Tämä tarkoittaa, että aikuisten kantasolut eroavat tyypillisesti vain solutyypeistä, jotka liittyvät kudokseen, jossa ne asuvat.

Esimerkiksi aikuisten kantasoluista aivoissa tulee vain hermosoluja tai ei-hermosolujen aivosoluja. Tässä on joitain muita tunnettuja aikuisten kantasoluja ja niiden erikoistuneita solutyyppejä:

• Hematopoieettiset kantasolut esiintyy luuytimessä ja synnyttävät verisoluja, mukaan lukien punasolut ja immuunijärjestelmän solut.
• Mesenkymaaliset kantasolut niitä esiintyy luuytimessä (ja joissakin muissa kudoksissa) ja ne aiheuttavat luusoluja, rustosoluja, rasvasoluja ja stromasoluja.
• Epiteelin kantasolut ovat syvällä suolen limakalvossa ja aiheuttavat imukykyinen solut, pikari solut, enteroendokriininen solut ja Paneth soluja.
• Ihon kantasolut ovat ihon tyvikerroksessa ja aiheuttavat keratinosyytit jotka muodostavat suojaavan kerroksen ihon pinnalle.

Tutkijat ovat havainneet kokeissa, että jotkut aikuisten kantasolut erilaistuvat erikoistuneiksi soluiksi muu kuin odotettu solutyyppi, joka on samanlainen kuin alkion kantasolujen arvokas pluripotenssi. Kuitenkin tämä erilaistuminen on harvinaista ja vaikuttaa vain pieneen kantasoluihin, kun sitä esiintyy. Tutkijat eivät ole varma, tapahtuuko sitä ollenkaan ihmisillä.

Aikuisten kantasoluilla on joitain haittoja tutkijoille. Ne ovat harvinaisia ​​ja niitä on vaikea kasvattaa laboratoriossa. Heillä on myös rajoituksia sille, kuinka paljon he voivat jakaa ja minkä tyyppisiä soluja niistä voi tulla. Aikuisten kantasoluilla on kuitenkin yksi selvä etu: Ne todennäköisesti eivät todennäköisesti laukaise immuunihyljintä koska ne voidaan korjata potilaan omasta ruumiista.

Vuonna 2006 tutkijat löysivät vielä yhden tyyppisen kantasolun: indusoituja pluripotentteja kantasolujatai iPSC: t. Nämä ovat aikuisten kantasoluja, jotka tutkijat ohjelmoivat uudelleen toimimaan enemmän kuin alkion kantasolut. Ei ole kuitenkaan vielä selvää, onko indusoitujen pluripotenttien kantasolujen ja alkion kantasolujen välillä mielekkäitä kliinisiä eroja. Tutkijat käyttävät iPSC: itä jo tärkeään työhön, kuten lääkekehitykseen ja ihmissairauksien mallintamiseen tutkimustarkoituksiin.

Teknisiä esteitä on voitettava ennen kuin tutkijat voivat käyttää näitä indusoituja pluripotentteja kantasoluja suorempiin sovelluksiin. Sen lisäksi, että vahvistetaan, että nämä kantasolut eivät ole pohjimmiltaan erilaisia ​​alkion kantasoluista tutkijoiden on suunniteltava uudet tekniikat indusoitujen pluripotenttien kantasolujen valmistamiseksi ensimmäisessä paikka. Nykyisessä menetelmässä viruksia käytetään uudelleenohjelmoinnin välineenä, mikä on eläinkokeissa osoittanut vakavia sivuvaikutuksia, kuten syöpä.

Sen lisäksi, että seulotaan uusia lääkkeitä lääketeollisuudelle ja käytetään mallina sairauksiin tutkimushankkeissa, tutkijat uskovat, että kantasolut voivat tehdä uusia (ja jännittäviä) solupohjaiset hoidot mahdollista. Tämä tarkoittaa sitä, että jonain päivänä laboratoriot saattavat kasvattaa uusia elimiä ja kudoksia ihmisille, jotka tarvitsevat elinsiirtoja sen sijaan, että luottaisivat elin- ja kudosluovuttajiin.

Tämä saattaa näyttää siltä, ​​että tutkijat käyttävät kantasoluja tekemään sydänlihassoluja, jotka ne voivat siirtää ihmisille, joilla on krooninen sydänsairaus. Nykyiset eläintutkimukset viittaavat siihen, että luuytimen strooma-kantasolut osoittavat lupauksen tälle sovellukselle, vaikka tarkka mekanismi on edelleen epäselvä. Tutkijat eivät ole varmoja siitä, tuottavatko kantasolut uusia sydänlihassoluja vai verisuonisoluja - vai tekevätkö ne jotain muuta kokonaan.

Toinen teoreettinen esimerkki on tyypin 1 diabetes. Tutkijat toivovat erottavan ihmisen alkion kantasolut soluihin, jotka tuottavat insuliinia. Diabetespotilaiden immuunijärjestelmä häiritsee näitä soluja ja estää heitä tekemästä töitä. Tutkijat pohtivat, voisivatko he erottaa jonain päivänä kantasolut insuliinia tuottaviksi soluiksi ja siirtää ne potilaisiin.

Sydänsairauksien ja diabeteksen lisäksi muiden ihmisten sairauksien ja sairauksien tutkijat uskovat, että tämä lääketieteellinen edistysaskel voi vaikuttaa laajaan ja sisältää:

• Palovammat.
• Makulaarinen rappeuma, joka voi aiheuttaa näköhäviöitä.
• Nivelrikko ja nivelreuma.
• Selkäydinvamma, joka voi aiheuttaa puutumista, toimintakyvyn menetystä tai halvaantumista.
• Aivohalvaus.

Tietysti näiden uusien hoitomuotojen tuominen todellisille potilaille edellyttää tutkijoita hallitsemaan tämän teoreettisen prosessin jokaisen vaiheen. Tämä tarkoittaa, että heidän on:

• Kasvata riittävästi kantasoluja kudoksen tai elimen fyysiseen rakentamiseen.
• Stimuloi kantasoluja erottumaan oikeaan solutyyppiin.
• Varmista, että erilaistuneet kantasolut voivat selviytyä potilaan kehossa.
• Varmista, että erilaistuneet kantasolut integroituvat kunnolla potilaan kehon sisäisiin vastaanottokudoksiin.
• Odottaa kohtuudella, että uusi kudos tai elin tekee työn, jota varten se on rakennettu potilaan koko elämän ajan.
• Varmista, että uudet solut eivät aiheuta vakavia haittoja potilaalle, kuten syöpää.

Kantasolujen määritelmän mukaan nämä vaiheet vaikuttavat saavutettavilta käyttämällä alkion kantasoluja, mutta ne edellyttävät vuosien vakavaa tutkimusta useilla rintamilla. Siksi kantasolututkimus on niin aktiivinen ala ammattitieteissä - ja myös siksi, että se on mielessä monille luonnontieteiden opettajille ja opiskelijoille.

Vaikka kantasolututkimuksen lopullinen tulos voi silti olla tiellä, mikä lisää yleistä ymmärrystä kantasolujen rakenteesta ja siitä, miten kantasolujen erilaistuminen toimii, on loistava tapa olla osa tätä syntymässä tiede.