Kokia kamieninių ląstelių struktūra?

Jums skaitant tai, mokslininkai visame pasaulyje yra prie savo laboratorinių suolų ir aiškinasi, kaip kurią dieną iš atskirų ląstelių išauginti naujus audinius ir organus. Jei manote, kad tai skamba kaip kažkas iš mokslinės fantastikos filmo, esate ne vienas. Vis dėlto šis tyrimas galėtų duoti mokslinį proveržį, kuris pakeistų medicinos specialistų požiūrį į įvairiausias žmogaus ligas realiame pasaulyje.

Galutiniai šio tyrimo tikslai gali būti platūs, tačiau tyrimo objektas yra toks be galo mažas, kad jo net negalima pamatyti plika akimi. Tema yra kamieninės ląstelės. Dėl savo unikalių savybių šios nuostabios ląstelės gali pakeisti mokslo ir medicinos ateitį.
Skaitykite daugiau apie kamieninių ląstelių tyrimų pranašumus ir trūkumus.

Jūs žinote, kad lytiniam dauginimuisi reikalingos spermatozoidų ląstelės ir kiaušialąstės, kad susiformuotų a zigota per apvaisinimą. Šioje vienoje eukariotinėje ląstelėje yra visas genetinės informacijos papildymas ir ji gali padalyti į sudėtingą daugialąsčio organizmą, tokį kaip jūs patys.

Bet ar kada susimąstėte, kaip ta vienintelė ląstelė galėtų pasidalyti į trilijonus ir trilijonus žmogaus kūno ląstelių? Ir kaip tik viena ląstelė galėtų sukelti tiek daug skirtingų ląstelių tipų - pavyzdžiui, tiek odos, tiek smegenų ląstelių?

Kai zigota pradeda dalytis (prieš implantuojant gimdą), susidariusios ląstelės iš tikrųjų yra kamieninės ląstelės. Mokslininkai teigia, kad šios lanksčios ląstelės yra abi daugintis ir pluripotentas. Tai reiškia, kad ląstelės lengvai dalijasi, kad gautų daug daug daugiau ląstelių - ir per kamienines ląsteles jos gali išsivystyti į bet kokio tipo specializuotas ląsteles. diferenciacija.
Skaitykite daugiau apie ląstelių specializacijos paaiškinimą.

Iš pirmo žvilgsnio kamieninės ląstelės dalys atrodo ne itin ypatingos. Kaip ir visos žmogaus kūno ląstelės, taip ir kamieninės ląstelės turi keletą bendrų struktūrų. Jie apima:

• A ląstelės membrana, kuris yra lipidų dvigubas sluoksnis, supantis ląstelę, leidžiantis kai kurioms medžiagoms patekti į ląstelę, o kitoms nepatekti.
  
• Citoplazma, kuris yra skystas sultinys ląstelės viduje.
  
• A branduolys, kuriame yra visa ląstelės genetinė informacija, saugoma kaip DNR.

Tarp apvaisinimo kiaušintakiuose ir implantacijos gimdoje embrionas pasikeis iš paprasto kamieninių ląstelių lapo į organizuotą ląstelių grupę, vadinamą gastrula - su trimis gemalo sluoksniai. Tai galiausiai sukurs daugybę ląstelių tipų, audinių ir organų, sudarančių visą (nors vis dar labai mažą) žmogaus vaisių.

Atokiausias sluoksnis, vadinamas ektodermija, atsiranda odos ląstelės ir nervų sistemos audiniai. Vidutinis sluoksnis, arba mezodermaduoda kraujo ląstelių, jungiamojo audinio, raumenų ląstelių ir placentos audinio, kuris palaiko vaisiaus gyvybę gimdoje. Vidinis sluoksnis, vadinamas endodermija, sukuria žarnyno, plaučių ir urogenitalinio trakto pamušalus.

Dėl pluripotencijos kamieninės ląstelės po implantacijos gali diferencijuotis ir tapti bet kuriuo iš šių ląstelių tipų. Šios kamieninės ląstelės, susijusios su normaliu embrionų vystymusi, yra viena iš trijų mokslininkų naudojamų kamieninių ląstelių rūšių. Tyrėjai juos vadina žmogaus embrioninių kamieninių ląsteliųarba hESC.

Mokslininkų naudojamos embrioninės kamieninės ląstelės niekada nėra tradicinio apvaisinimo faktinio žmogaus kiaušintakiuose. Vietoj to, mokslininkai juos sukuria mėgintuvėliuose in vitro apvaisinimas (IVF). Šios embrioninės kamieninės ląstelės paprastai baigiasi tyrimų laboratorijose po to, kai žmonės, naudojantys IVF šeimos sukūrimui, užbaigia procesą ir paaukoja papildomus šaldytus embrionus mokslui (o ne juos sunaikina).

Mokslininkams yra tam tikrų embrioninių kamieninių ląstelių naudojimo pranašumų, palyginti su kitų tipų kamieninėmis ląstelėmis. Gimdos kamienines ląsteles yra gana lengva gauti ir jas lengva auginti kultūroje. Svarbiausia, kad embrioninės kamieninės ląstelės yra tikrai tuščios lentelės, kurios diferencijuodamos gali sukelti iš esmės bet kokio tipo ląsteles.

Kaip ir ląstelės po implantacijos į gyvą gimdą, embrioninės kamieninės ląstelės laboratorijoje natūraliai susilieja embriono kūnai ir pradeda diferencijuotis į specializuotas ląsteles. Mokslininkai, auginantys embrionines kamienines ląsteles kultūroje, turi išlaikyti specifines sąlygas auginimo terpėje, kad taip neatsitiktų.

Leisdami kamieninėms ląstelėms daugintis nediferencijuodami, mokslininkai kuria embriono kamieninių ląstelių linijos. Tada mokslininkai gali užšaldyti šias ląstelių linijas ir išsiųsti į kitas laboratorijas mokslinių tyrimų projektams ar tolesniam kultivavimui. Kad embriono kamieninės ląstelės būtų kvalifikuojamos kaip ląstelių linija, jos turi:

• Mažiausiai šešis mėnesius auga nediferencijuotas ląstelių kultūroje.
• Būkite pluripotentiniai arba sugebėkite diferencijuotis į bet kokį ląstelių tipą.
• Neturi genetinių anomalijų.

Kai tyrėjai yra pasirengę, kad embriono kamieninių ląstelių linijos ląstelės taptų specifinėmis ląstelių rūšimis, pavyzdžiui, tam tikroms mokslinių tyrimų projektas, jie tiesiog pakeičia kultūros terpę arba suleidžia į kamienines ląsteles specifinius genus, kad sukeltų kamienines ląsteles diferenciacija.

Pasirodo, kad daugelis brandžių audinių visiškai išsivysčiusiame žmogaus kūne lietingą dieną kabo ant kai kurių nediferencijuotų ląstelių. Šie suaugusių kamieninių ląstelių - kartais skambindavo somatinis kamieninės ląstelės - suaktyvėja, kai organizmui reikia naujų ląstelių. Tai atsitinka siekiant atsižvelgti į normalią ląstelių kaitą ir augimą, taip pat atstatyti audinius po traumos ar ligos.

Mokslininkai rado suaugusių kamieninių ląstelių įvairiausiuose organuose ir audiniuose, pavyzdžiui:

• Kraujagyslės.
• Kaulų čiulpai.
• Smegenys.
• Žarnynas.
• Širdis.
• Kepenys.
• Kiaušidės.
• Periferinis kraujas.
• Skeletinis raumuo.
• Dantys.
• Sėklidės.

Suaugusių kamieninių ląstelių paprastai randama tam tikrose vietovėse, vadinamose kamieninių ląstelių nišos. Skirtingai nuo embrioninių kamieninių ląstelių, kurios apskritai gali diferencijuotis į bet kokio tipo ląsteles, suaugusių kamieninių ląstelių diferenciacija yra ribota ir būdinga audiniams. Tai reiškia, kad suaugusios kamieninės ląstelės paprastai skiriasi tik su ląstelių tipais, susijusiais su audiniu, kuriame jos gyvena.

Pavyzdžiui, suaugusios kamieninės ląstelės smegenyse taps tik nervų ląstelėmis arba ne neuronų smegenų ląstelėmis. Štai keletas kitų gerai žinomų suaugusių kamieninių ląstelių ir jų specializuotų ląstelių tipų:

• Hematopoetinės kamieninės ląstelės yra kaulų čiulpuose ir sukelia kraujo ląsteles, įskaitant raudonuosius ir imuninės sistemos ląsteles.
• Mesenchiminės kamieninės ląstelės yra kaulų čiulpuose (ir kai kuriuose kituose audiniuose) ir sukelia kaulų, kremzlių, riebalų ir stromos ląsteles.
• Epitelio kamieninės ląstelės yra giliai žarnos gleivinėje ir sukelia sugeriantis ląstelės, taurę ląstelės, enteroendokrininis ląstelių ir Panetas ląstelių.
• Odos kamieninės ląstelės yra baziniame odos sluoksnyje ir sukelia keratinocitai kurie ant odos paviršiaus padaro apsauginį sluoksnį.

Mokslininkai eksperimentų metu pastebėjo, kad kai kurios suaugusios kamieninės ląstelės diferencijuojasi į specializuotas ląsteles išskyrus numatomą ląstelių tipą, kuris yra panašus į vertingą embrioninių kamieninių ląstelių pluripotenciją. Tačiau tai transdiferenciacija yra retas ir paveikia tik nedidelį kamieninių ląstelių segmentą, kai jis atsiranda. Tyrėjai nėra tikri, ar tai apskritai vyksta žmonėms.

Suaugusios kamieninės ląstelės turi keletą mokslininkų trūkumų. Jie yra reti ir sunkiai auginami laboratorijoje. Jie taip pat turi ribas, kiek jie gali dalytis ir kokio tipo ląstelėmis jie gali tapti. Tačiau suaugusios kamieninės ląstelės turi vieną aiškų pranašumą: greičiausiai jos mažiau suaktyvėja imuninis atmetimas nes juos buvo galima surinkti iš paties paciento kūno.

2006 m. Tyrėjai atrado dar vieną kamieninių ląstelių tipą: sukeltos pluripotentinės kamieninės ląstelėsarba „iPSC“. Tai yra suaugusios kamieninės ląstelės, kurias mokslininkai perprogramuoja, kad veiktų labiau kaip embrioninės kamieninės ląstelės. Tačiau dar nėra aišku, ar yra reikšmingų klinikinių skirtumų tarp sukeltų pluripotentinių kamieninių ląstelių ir embrioninių kamieninių ląstelių. Mokslininkai jau naudoja „iPSC“ svarbiems darbams, tokiems kaip vaistų kūrimas ir žmonių ligų modeliavimas tyrimų tikslais.

Prieš pradedant tyrėjus naudoti šias sukeltas pluripotentines kamienines ląsteles tiesioginėms reikmėms, reikia įveikti technines kliūtis. Be to, patvirtina, kad šios kamieninės ląstelės iš esmės nesiskiria nuo embriono kamieno ląstelės, mokslininkai pirmiausia turi sukurti naujas sukeltų pluripotentinių kamieninių ląstelių gamybos technologijas vieta. Pagal dabartinį metodą virusai naudojami kaip perprogramavimo priemonė, kuri tyrimų su gyvūnais metu parodė rimtą šalutinį poveikį, pavyzdžiui, vėžį.

Be naujų vaistų, skirtų farmacijos pramonei, atrankos ir tyrimų modelių ligos modelių, mokslininkai mano, kad kamieninės ląstelės gali sukurti naujų (ir įdomių) ląstelių gydymas įmanoma. Tai reiškia, kad kada nors laboratorijos gali užauginti naujus organus ir audinius žmonėms, kuriems reikalingos transplantacijos, o ne pasikliauti organų ir audinių donorais.

Tai gali atrodyti, kad mokslininkai, naudodami kamienines ląsteles, daro širdies raumens ląsteles, kurias gali persodinti žmonėms, sergantiems lėtine širdies liga. Dabartiniai tyrimai su gyvūnais rodo, kad kaulų čiulpų stromos kamieninės ląstelės žada šią pažadą, nors tikslus mechanizmas vis dar neaiškus. Mokslininkai nėra tikri, ar dėl kamieninių ląstelių atsiranda naujos širdies raumens ląstelės ar kraujagyslių ląstelės, ar jos apskritai daro ką nors kita.

Kitas teorinis pavyzdys yra 1 tipo cukrinis diabetas. Mokslininkai tikisi žmogaus embrionines kamienines ląsteles atskirti nuo ląstelių, gaminančių insuliną. Žmonių, sergančių diabetu, imuninė sistema sutrikdo šias ląsteles ir draudžia joms dirbti savo darbą. Mokslininkams kyla klausimas, ar jie kada nors galėtų atskirti kamienines ląsteles iš insuliną gaminančių ląstelių ir jas persodinti pacientams.

Be širdies ligų ir diabeto, kitų žmonių ligų ir būklių mokslininkai mano, kad ši medicinos pažanga gali turėti įtakos ir yra:

• Nudegimai.
• Geltonosios dėmės degeneracija, galinti prarasti regėjimą.
• Osteoartritas ir reumatoidinis artritas.
• Nugaros smegenų pažeidimas, kuris gali sukelti tirpimą, funkcijų praradimą ar paralyžių.
• Insultas.

Žinoma, norint pristatyti šias naujas terapijas pacientams, mokslininkams reikės įvaldyti kiekvieną šio teorinio proceso žingsnį. Tai reiškia, kad jie turi:

• Auginkite pakankamai kamieninių ląstelių, kad fiziškai susikurtumėte audinį ar organą.
• Skatinkite kamienines ląsteles diferencijuoti į teisingą ląstelių tipą.
• Užtikrinkite, kad diferencijuotos kamieninės ląstelės gali išgyventi paciento kūne.
• Įsitikinkite, kad diferencijuotos kamieninės ląstelės tinkamai integruojasi į recipiento audinius paciento kūne.
• Pagrįstai tikėkitės, kad naujas audinys ar organas atliks darbą, kuriam jis skirtas, per visą paciento gyvenimą.
• Įsitikinkite, kad naujos ląstelės nepadaro jokios papildomos žalos pacientui, pavyzdžiui, vėžio.

Apibrėžiant kamienines ląsteles, atrodo, kad šiuos žingsnius galima pasiekti naudojant embrionines kamienines ląsteles, tačiau reikės daugelio metų rimtų tyrimų keliuose frontuose. Štai kodėl kamieninių ląstelių tyrimai yra tokia aktyvi profesinių mokslų sritis, todėl daugeliui gamtos mokslų mokytojų ir studentų tai svarbiausia.

Nors galutinis kamieninių ląstelių tyrimų rezultatas vis tiek gali būti kelyje, didinant bendrą supratimą kamieninių ląstelių struktūros ir kaip veikia kamieninių ląstelių diferenciacija, yra puikus būdas būti šio besiformuojančio žmogaus dalimi mokslas.