Каква је структура матичних ћелија?

Док ово читате, истраживачи широм света налазе се у својим лабораторијским клупама и смишљају како једног дана израсти нова ткива и органи из појединачних ћелија. Ако мислите да то звучи као нешто из научно-фантастичног филма, нисте сами. Ипак, ово истраживање могло би да донесе научни пробој који мења начин на који медицински радници лече широк спектар људских болести у стварном свету.

Крајњи циљеви овог истраживања могу бити широки, али предмет истраживања је тако бескрајно мали да га не можете видети ни голим оком. Предмет је матичне ћелије. Захваљујући својим јединственим карактеристикама, ове невероватне ћелије имају потенцијал да промене будућност науке и медицине.
Прочитајте више о предностима и недостацима истраживања матичних ћелија.

Знате да за сексуално размножавање треба да се сперматозоид и јајна ћелија споје и формирају зигота путем оплодње. Ова једина еукариотска ћелија садржи комплетан генетски податак и има потенцијал да се подели у сложени вишећелијски организам какав сте ви.

Али да ли сте се икада запитали како би се та појединачна ћелија могла поделити на билијуне и билијуне ћелија у људском телу? И како би само једна ћелија могла да створи толико различитих врста ћелија - на пример, ћелија коже и можданих ћелија?

Како зигота почиње да се дели (пре него што се угради у материцу), резултирајуће ћелије су заправо матичне ћелије. Научници кажу да су ове флексибилне ћелије и једно и друго пролиферативни и плурипотентни. То значи да се ћелије лако деле и производе много, много више ћелија - и могу се развити у било коју врсту специјализоване ћелије путем матичних ћелија диференцијација.
Прочитајте више о објашњењу специјализације ћелија.

На први поглед делови матичне ћелије на површини не делују толико посебно. Као и све ћелије у људском телу, и матичне ћелије имају неколико заједничких структура. Ови укључују:

• А. ћелијске мембране, који је липидни двослој који окружује ћелију и који омогућава да неки материјали уђу у ћелију, а други држе ван.
  
• Цитоплазма, која је течна чорба унутар ћелије.
  
• А. језгро, који садржи све генетске информације ћелије ускладиштене као ДНК.

Између оплодње у јајоводима и имплантације у материцу, ембрион ће се променити из једноставног листа матичних ћелија у организовану групу ћелија - названу гаструла - са три клицни слојеви. На крају ће настати сви бројни типови ћелија, ткива и органи који чине цео (иако још увек врло мали) људски фетус.

Крајњи слој, назван ектодерм, ствара ћелије коже и ткива нервног система. Средњи слој, или мезодерма, даје крвне ћелије, везивно ткиво, мишићне ћелије и плацентно ткиво које одржава фетус у животу у материци. Унутрашњи слој, назван ендодерм, ствара облоге црева, плућа и урогениталног тракта.

Захваљујући плурипотенцији, матичне ћелије могу да се диференцирају и постану било који од ових типова ћелија након имплантације. Ове матичне ћелије повезане са нормалним развојем ембриона једна су од три врсте матичних ћелија које користе научници. Зову их истраживачи матичне ћелије људског ембриона, или хЕСЦс.

Ембрионалне матичне ћелије које користе научници никада не потичу из традиционалне оплодње унутар јајовода стварног човека. Уместо тога, научници их стварају у епруветама користећи ин витро оплодња (ИВФ). Ове ембрионалне матичне ћелије углавном заврше у истраживачким лабораторијама након што људи који користе вантелесну оплодњу за стварање породица заврше поступак и донирају сувише смрзнуте ембрионе науци (уместо да их униште).

За истраживаче постоје одређене користи од употребе ембрионалних матичних ћелија у поређењу са другим врстама матичних ћелија. До ембрионалних матичних ћелија је прилично лако доћи и узгајати их је једноставно у култури. Што је најважније, ембрионалне матичне ћелије су заиста празне плочице које могу створити у основи било који тип ћелија након диференцијације матичних ћелија.

Баш као што то раде ћелије након имплантације у живу материцу, ембрионалне матичне ћелије у лабораторији се природно скупе ембриоидна тела и почињу да се диференцирају у специјализоване ћелије. Научници који узгајају ембрионалне матичне ћелије у култури морају да одржавају специфичне услове у растном медијуму да се то не би догодило.

Допуштајући матичним ћелијама да се умножавају без разликовања, научници стварају линије ембрионалних матичних ћелија. Научници могу затим замрзнути ове ћелијске линије и послати их у друге лабораторије ради истраживачких пројеката или даљег узгајања. Да би се квалификовале као ћелијска линија, ембрионалне матичне ћелије морају:

• Расте недиференцирано у ћелијској култури најмање шест месеци.
• Будите плурипотентни или способни за диференцијацију у било који тип ћелије.
• Немају генетске абнормалности.

Када су истраживачи спремни да ћелије у линији ембрионалних матичних ћелија постану одређене врсте ћелија, на пример за одређене истраживачког пројекта, они једноставно мењају медијум за културу или убризгавају одређене гене у матичну ћелију како би покренули матичне ћелије диференцијација.

Испоставило се да се многа зрела ткива у потпуно развијеном људском телу кишовито држе на неким недиференцираним ћелијама. Ове матичне ћелије одраслих - понекад се зове соматски матичне ћелије - активирају се када телу требају нове ћелије. То се дешава како би се објаснио нормалан промет и раст ћелија, а такође и за поправак ткива након повреде или болести.

Научници су пронашли одрасле матичне ћелије у широком спектру органа и ткива, као што су:

• Крвни судови.
• Коштана срж.
• Мозак.
• Гут.
• Срце.
• Јетра.
• Јајници.
• Периферне крви.
• Скелетни мишићи.
• Зуби.
• Тестиси.

Матичне ћелије одраслих се обично налазе у одређеним областима, тзв нише матичних ћелија. За разлику од ембрионалних матичних ћелија, које се уопште могу разликовати у било који тип ћелија, диференцијација матичних ћелија одраслих је ограничена и специфична за ткиво. То значи да се матичне ћелије одраслих обично разликују само у типове ћелија повезаних са ткивом у којем бораве.

На пример, одрасле матичне ћелије у мозгу постаће само нервне ћелије или не-неуронске мождане ћелије. Ево неких других добро познатих матичних ћелија одраслих и њихових специјализованих типова ћелија:

• Матичне ћелије хематопоезе налазе се у коштаној сржи и стварају крвне ћелије, укључујући црвене крвне ћелије и ћелије имуног система.
• Мезенхимске матичне ћелије налазе се у коштаној сржи (и неким другим ткивима) и стварају ћелије костију, ћелије хрскавице, масне ћелије и стромалне ћелије.
• Матичне ћелије епитела налазе се дубоко у слузници црева и дају повода упијајући ћелије, пехар ћелије, ентероендоцрине ћелије и Панетх ћелије.
• Матичне ћелије коже налазе се у базалном слоју коже и доводе до кератиноцити који чине заштитни слој на површини коже.

Научници су у експериментима приметили да су се неке матичне ћелије одраслих диференцирале у специјализоване ћелије осим очекиваног типа ћелија, што је слично драгоценој плурипотенцији ембрионалних матичних ћелија. Међутим, ово трансдиференцијација је ретка и погађа само мали сегмент матичних ћелија када се догоди. Истраживачи нису сигурни да ли се то уопште догађа код људи.

Матичне ћелије одраслих имају неке недостатке за научнике. Ретки су и тешко их је узгајати у лабораторији. Такође имају ограничења у томе колико могу да се деле и какве ћелије могу постати. Међутим, матичне ћелије одраслих имају једну изразиту предност: вероватно је да ће их вероватно покренути одбацивање имунитета пошто би се могле убрати из сопственог тела пацијента.

2006. истраживачи су открили још једну врсту матичних ћелија: индуковане плурипотентне матичне ћелије, или иПСЦс. То су матичне ћелије одраслих које научници репрограмирају тако да делују више као ембрионалне матичне ћелије. Међутим, још увек није јасно постоје ли значајне клиничке разлике између индукованих плурипотентних матичних ћелија и ембрионалних матичних ћелија. Научници већ користе иПСЦ за важан посао, као што је развој лекова и моделирање људских болести у истраживачке сврхе.

Постоје техничке препреке које треба савладати пре него што истраживачи могу да користе ове индуковане плурипотентне матичне ћелије за директније примене. Поред тога што потврђују да се ове матичне ћелије у основи не разликују од ембрионалних ћелије, истраживачи морају да осмисле нове технике за стварање индукованих плурипотентних матичних ћелија у првом реду место. Тренутна метода користи вирусе као средство за репрограмирање, што је показало озбиљне нежељене ефекте, попут рака, у студијама на животињама.

Поред прегледа нових лекова за фармацеутску индустрију и који служе као модел болести за истраживачке пројекте, научници верују да матичне ћелије могу створити нове (и узбудљиве) третмани засновани на ћелијама могуће. То значи да ће једног дана лабораторије можда расти нове органе и ткива за људе којима је потребна трансплантација, уместо да се ослањају на даваоце органа и ткива.

Ово може изгледати као да научници користе матичне ћелије да би направили ћелије срчаног мишића које могу да трансплантирају људима са хроничним срчаним обољењима. Тренутне студије на животињама сугеришу да стромалне матичне ћелије из коштане сржи обећавају за ову примену, иако прецизан механизам још увек није јасан. Научници нису сигурни да ли матичне ћелије стварају нове ћелије срчаног мишића или ћелије крвних судова - или раде ли уопште нешто друго.

Други теоријски пример је дијабетес типа 1. Научници се надају да ће диференцирати људске ембрионалне матичне ћелије у ћелије које производе инсулин. Имуни систем људи са дијабетесом омета ове ћелије и забрањује им да раде свој посао. Научници се питају да ли би могли једног дана да диференцирају матичне ћелије у ћелије које производе инсулин и трансплантирају их пацијентима.

Поред болести срца и дијабетеса, и друге људске болести и стања научници верују да би овај медицински напредак могао да утиче широки и укључују:

• Опекотине.
• Макуларна дегенерација, која може проузроковати губитак вида.
• Остеоартритис и реуматоидни артритис.
• Повреда кичмене мождине, која може проузроковати утрнулост, губитак функције или парализу.
• Удар.

Наравно, доношење ових нових терапија стварним пацијентима захтеваће научнике да савладају сваки корак овог теоријског процеса. То значи да треба да:

• Узгајајте довољно матичних ћелија за физичку изградњу ткива или органа.
• Стимулишите матичне ћелије да се диференцирају у прави тип ћелија.
• Осигурајте да диференциране матичне ћелије могу преживети у телу пацијента.
• Уверите се да се диференциране матичне ћелије правилно интегришу у ткива примаоца унутар тела пацијента.
• Разумно очекујте да ново ткиво или орган раде посао за који су изграђени током читавог живота пацијента.
• Уверите се да нове ћелије не наносе колатералну штету пацијенту, попут рака.

Према дефиницији матичних ћелија, чини се да су ови кораци достижни употребом ембрионалних матичних ћелија, али ће бити потребно много година озбиљних истраживања на више фронтова. Због тога је истраживање матичних ћелија тако активно поље у професионалним наукама - и такође је разлог за многе наставнике и студенте науке.

Иако је крајњи резултат истраживања матичних ћелија можда још увек на путу, повећавајући опште разумевање структуре матичних ћелија и како функционише диференцијација матичних ћелија је одличан начин да будете део овога који настаје Наука.