Mi az őssejtek szerkezete?

Miközben ezt olvassa, a kutatók szerte a világon laboratóriumi padjaiknál ​​vannak, és kitalálják, hogyan lehet egy napon új szöveteket és szerveket növeszteni egyetlen sejtből. Ha úgy gondolja, hogy ez úgy hangzik, mint valami tudományos-fantasztikus film, akkor nem vagy egyedül. Ez a kutatás mégis tudományos áttörést eredményezhet, amely megváltoztatja azt a módot, ahogyan az orvosok az emberi betegségek széles skáláját kezelik a való világban.

Ennek a kutatásnak a végső céljai tágak lehetnek, de a kutatási alany olyan végtelenül kicsi, hogy azt szabad szemmel sem láthatja. A téma az őssejtek. Egyedülálló tulajdonságaiknak köszönhetően ezek a csodálatos sejtek képesek megváltoztatni a tudomány és az orvostudomány jövőjét.
További információ az őssejtkutatás előnyeiről és hátrányairól.

Tudja, hogy a nemi szaporodáshoz spermasejt és petesejt szükséges, hogy összeálljanak és a zigóta megtermékenyítés útján. Ez az egyetlen eukarióta sejt a genetikai információk teljes kiegészítését tartalmazza, és képes egy olyan komplex többsejtű organizmusra osztódni, mint Ön.

De vajon elgondolkodott már azon, vajon hogyan oszthatja fel az egyetlen sejt az emberi test billió és billió sejtjére? És hogyan hozhat létre egyetlen sejt olyan sokféle sejtet - például mind a bőrsejteket, mind az agysejteket?

Amint a zigóta osztódni kezd (mielőtt beültetné a méhbe), a keletkező sejtek valójában őssejtek. A tudósok szerint ezek a rugalmas sejtek mindkettő burjánzó és pluripotens. Ez azt jelenti, hogy a sejtek könnyen osztódnak, hogy még sok-sok sejtet termeljenek - és őssejteken keresztül bármilyen típusú speciális sejtekké fejlődhetnek különbségtétel.
További információ a sejtspecializáció magyarázatáról.

Első pillantásra az őssejt részei nem tűnnek annyira különlegesnek a felszínen. Az emberi test minden sejtjéhez hasonlóan az őssejteknek is van néhány közös szerkezete. Ezek tartalmazzák:

• A sejt membrán, amely a sejtet körülvevő képlékeny lipid, amely egyes anyagokat beenged a sejtbe, másokat pedig távol tart.
  
• Citoplazma, amely a sejt belsejében lévő folyékony húsleves.
  
• A atommag, amely tartalmazza a sejt DNS-ként tárolt összes genetikai információját.

A petevezetékekben történő megtermékenyítés és a méhbe történő beültetés között az embrió az őssejtek egyszerű lapjáról szervezett sejtcsoportra változik - ún. gasztrula - hárommal csíra rétegek. Ezek előidézik végül azt a sok sejttípust, szövetet és szervet, amelyek egy egész (bár még mindig nagyon kicsi) emberi magzatot tartalmaznak.

A legkülső réteg, az úgynevezett ektoderma, bőrsejteket és idegrendszeri szöveteket eredményez. A középső réteg, ill mezoderma, vérsejteket, kötőszövetet, izomsejteket és a magzat életben tartó placentaszövetét adja a méhben. A belső réteg, az úgynevezett endoderm, létrehozza a bél, a tüdő és az urogenitális traktus bélését.

A pluripotenciának köszönhetően az őssejtek a beültetés után megkülönböztethetik és válhatnak e sejtek bármelyikévé. Ezek az embriók normális fejlődésével összefüggő őssejtek a tudósok által használt háromféle őssejt egyike. A kutatók hívják őket emberi embrionális őssejtek, vagy hESC-k.

A tudósok által használt embrionális őssejtek soha nem egy hagyományos ember petevezetékének hagyományos megtermékenyítéséből származnak. Ehelyett a tudósok kémcsövekben készítik őket in vitro megtermékenyítés (IVF). Ezek az embrionális őssejtek általában a kutatólaboratóriumokban végződnek, miután az IVF-et családok létrehozására használó emberek befejezték a folyamatot, és az extra fagyasztott embriókat a tudománynak adományozták (nem pedig elpusztították őket).

A kutatók számára az embrionális őssejtek alkalmazásának bizonyos előnyei vannak más típusú őssejtekhez képest. Az embrionális őssejtek meglehetősen könnyen előállíthatók, és a kultúrában egyszerűen növekedhetnek. A legfontosabb, hogy az embrionális őssejtek valóban üres palák, amelyek lényegében bármilyen típusú sejtet eredményezhetnek az őssejtek differenciálódása esetén.

Csakúgy, mint a sejtek az élő méhbe történő beültetés után, a laboratóriumi embrionális őssejtek természetesen összeomlanak embrioid testek és elkezdenek differenciálódni speciális sejtekké. Azoknak a tudósoknak, akik embrionális őssejteket tenyésztenek a kultúrában, fenn kell tartaniuk a specifikus körülményeket a tenyészközegben, hogy ez ne fordulhasson elő.

Azáltal, hogy az őssejtek differenciálódás nélkül szaporodnak, a tudósok létrehozzák embrionális őssejtvonalak. A tudósok ezt követően lefagyaszthatják ezeket a sejtvonalakat, és más laboratóriumokba küldhetik őket kutatási projektek vagy további tenyésztés céljából. Sejtvonalnak minősüléshez az embrionális őssejteknek:

• Legalább hat hónapig differenciálatlanul nő a sejttenyészetben.
• Legyen pluripotens, vagy képes legyen bármilyen sejttípusra differenciálódni.
• Ne legyenek genetikai rendellenességek.

Amikor a kutatók készen állnak arra, hogy az embrionális őssejtvonal sejtjei specifikus sejttípusokká váljanak, például egy adott sejté kutatási projekt során egyszerűen megváltoztatják a táptalajt vagy specifikus géneket injektálnak az őssejtbe az őssejt kiváltásához különbségtétel.

Kiderült, hogy a teljesen kifejlődött emberi testben sok érett szövet lóg néhány differenciálatlan sejten egy esős napon. Ezek felnőtt őssejtek - néha hívják szomatikus őssejtek - aktiválódnak, amikor a testnek új sejtekre van szüksége. Ez azért történik, hogy figyelembe vegye a sejtek normális forgalmát és növekedését, valamint helyreállítsa a szöveteket sérülés vagy betegség után.

A tudósok felnőtt őssejteket találtak sokféle szervben és szövetben, például:

• Véredény.
• Csontvelő.
• Agy.
• Belek.
• Szív.
• Máj.
• Petefészek.
• Perifériás vér.
• Vázizomzat.
• Fogak.
• Herék.

A felnőtt őssejtek általában meghatározott területeken találhatók, ún őssejt-fülkék. Az embrionális őssejtektől eltérően, amelyek egyáltalán bármilyen sejttípusra képesek differenciálódni, a felnőtt őssejtek differenciálódása korlátozott és szövetspecifikus. Ez azt jelenti, hogy a felnőtt őssejtek tipikusan csak azokra a sejttípusokra differenciálódnak, amelyek a lakóhelyük szövetéhez kapcsolódnak.

Például az agy felnőtt őssejtjei csak idegsejtekké vagy nem neuronális agysejtekké válnak. Íme néhány más jól ismert felnőtt őssejt és speciális sejttípusuk:

• Vérképző őssejtek a csontvelőben találhatók, és vérsejteket hoznak létre, beleértve a vörösvérsejteket és az immunrendszer sejtjeit is.
• Mesenchymális őssejtek a csontvelőben (és néhány más szövetben) találhatók, és csontsejteket, porcsejteket, zsírsejteket és stromasejteket eredményeznek.
• Hám őssejtjei a bél nyálkahártyájának mélyén találhatók és okozzák felszívó sejtek, serleg sejtek, enteroendokrin sejtek és Paneth sejtek.
• A bőr őssejtjei a bőr alaprétegében találhatók és okozzák keratinociták amelyek védőréteget képeznek a bőr felszínén.

A tudósok kísérletekben megfigyelték, hogy egyes felnőtt őssejtek speciális sejtekké differenciálódtak a várt sejttípustól eltérő, ami hasonló az embrionális őssejtek értékes pluripotenciájához. Ez azonban transzdifferenciálás ritka, és az őssejtek csak egy kis szegmensét érinti, ha mégis előfordul. A kutatók nem biztosak abban, hogy ez egyáltalán előfordul-e embernél.

A felnőtt őssejteknek vannak hátrányai a tudósok számára. Ritkák és nehezen növekszenek a laboratóriumban. Korlátozásuk van arra is, hogy mennyit tudnak osztani, és milyen típusú sejtekké válhatnak. A felnőtt őssejteknek azonban van egy külön előnyük: valószínűleg kevésbé valószínű, hogy kiváltják őket immunelutasítás mivel a beteg saját testéből betakaríthatták őket.

2006-ban a kutatók még egy őssejt-típust fedeztek fel: indukált pluripotens őssejtek, vagy iPSC-k. Ezek felnőtt őssejtek, amelyeket a tudósok átprogramoznak, hogy jobban működjenek, mint az embrionális őssejtek. Az azonban még nem világos, hogy vannak-e értelmezhető klinikai különbségek az indukált pluripotens őssejtek és az embrionális őssejtek között. A tudósok már használják az iPSC-ket fontos munkákhoz, például gyógyszerfejlesztéshez és az emberi betegségek modellezéséhez kutatási célokra.

Műszaki akadályokat kell leküzdeni, mielőtt a kutatók felhasználhatják ezeket az indukált pluripotens őssejteket közvetlenebb alkalmazásokhoz. Amellett, hogy megerősítik, hogy ezek az őssejtek alapvetően nem különböznek az embrionális őssejtektől sejteknek, a kutatóknak új technikákat kell kidolgozniuk az indukált pluripotens őssejtek előállítására hely. A jelenlegi módszer újraprogramozáshoz vírusokat használ, amelyek állatkísérletek során súlyos mellékhatásokat, például rákot mutattak ki.

Az új gyógyszerek szűrése mellett a gyógyszeripar számára, valamint a kutatási projektek betegségmodelljeként szolgálva, a tudósok úgy vélik, hogy az őssejtek új (és izgalmas) eredményeket hozhatnak létre sejtalapú kezelések lehetséges. Ez azt jelenti, hogy egy napon a laboratóriumok új szerveket és szöveteket teremthetnek azok számára, akiknek transzplantációra van szükségük, ahelyett, hogy szerv- és szövetdonorokra támaszkodnának.

Ez úgy nézhet ki, mintha a tudósok őssejteket használnának olyan szívizomsejtek előállításához, amelyeket átültethetnek krónikus szívbetegségben szenvedő emberekbe. A jelenlegi állatkísérletek azt sugallják, hogy a csontvelő stromális őssejtjei ígéretet mutatnak erre az alkalmazásra, bár a pontos mechanizmus még mindig nem világos. A tudósok nem biztosak abban, hogy az őssejtek új szívizomsejteket vagy erek sejtjeit eredményezik-e - vagy teljesen mást tesznek-e.

Egy másik elméleti példa az 1-es típusú cukorbetegség. A tudósok azt remélik, hogy az emberi embrionális őssejteket megkülönböztetik az inzulint termelő sejtektől. A cukorbetegek immunrendszere megzavarja ezeket a sejteket, és megtiltja számukra a munkájukat. A tudósok kíváncsi arra, hogy valamikor meg tudnák-e különböztetni az őssejteket inzulintermelő sejtekké és átültetni őket a betegekbe.

A szívbetegségek és a cukorbetegség mellett más emberi betegségek és állapotok is a tudósok szerint széles körűek, és magukban foglalják:

• Égés.
• Makula degeneráció, amely látásvesztést okozhat.
• Osteoarthritis és rheumatoid arthritis.
• Gerincvelő sérülés, amely zsibbadást, funkcióvesztést vagy bénulást okozhat.
• Stroke.

Természetesen ezeknek az új terápiáknak a tényleges betegekhez való eljuttatása megköveteli a tudósoktól, hogy elsajátítsák ennek az elméleti folyamatnak minden lépését. Ez azt jelenti, hogy:

• Szaporítson annyi őssejtet, amely fizikailag felépíti a szövetet vagy a szervet.
• Serkentse az őssejteket, hogy a megfelelő sejttípusra differenciálódjanak.
• Gondoskodjon arról, hogy a differenciálódott őssejtek túlélhessék a beteg testét.
• Győződjön meg arról, hogy a differenciált őssejtek megfelelően integrálódnak-e a beteg testében lévő befogadó szövetekbe.
• Ésszerűen elvárható, hogy az új szövet vagy szerv elvégezze azt a munkát, amelyre a beteg egész élete során épül.
• Ügyeljen arra, hogy az új sejtek ne okozzanak semmiféle járulékos kárt a betegben, például rákot.

Az őssejtdefiníció szerint ezek a lépések megvalósíthatónak tűnnek az embrionális őssejtek felhasználásával, de sok éven át tartó komoly kutatást igényelnek több fronton. Ezért az őssejtkutatás olyan aktív terület a professzionális tudományokban - és ezért is kiemelkedő fontosságú sok természettudományi tanár és hallgató számára.

Bár az őssejtkutatás végeredménye még mindig úton lehet, növelve az általános megértést az őssejt-szerkezet és az őssejt-differenciálódás működése nagyszerű módja annak, hogy részesei lehessünk ennek a kialakulóban tudomány.