Zarodne celice: Kaj so, kako jih dobimo in kako nam lahko koristijo?
(prvi del) ž
     
  OSNOVNI POJMI:

Zarodne celice (ang. stem cell) so nova Meka znanstvenikov, še bolj pa pohlepne in grabežljive industrije, ki se ji že danes cedijo sline ob misli na dobičke, ki bi jih ta tehnologija lahko prinašala. Če se bodo te celice zares izkazale za tisto, kar se od njih pričakuje, in jih bo mogoče tudi terapevtsko uporabljati, se nam obeta pestra prihodnost in verjetno daljše življenje. Raziskave na zarodnih celicah so zaenkrat dovoljene v ZDA, Veliki Britaniji, Izraelu, Indiji, Avstraliji in Južni Koreji, medtem ko številne evropske države, med drugim tudi naša, zaradi etičnih razlogov zavračajo raziskavo zaronih celic, dobljenih iz embrijev.

Da bi lahko razumeli direndaj okrog tega področja, si je potrebno najprej razjasniti osnovne pojme, ki obkrožajo to tematiko. Vse, ki jih stvar bolj podrobno zanima, lahko dobijo podrobnejšo sliko na internet naslovu: http://www.nih.gov/news/stemcell/scireport.htm  oziroma v tekočih publikacijah, ki vsebujejo prispevke s tega področja (Nature, Stem cells, Science,... ).

Sposobnost reprodukcije (podvojevanja) je verjetno ena najbolj temeljnih lastnosti celic in živih organizmov nasploh. Človeško telo sestavlja okrog 200 vrst celic, ki imajo različno sposobnost podvojevanja. Embrionalne celice npr. se podvojujejo zelo hitro, medtem ko pa nekatere celice v odraslem organizmu popolnoma izgubijo sposobnost podvojevanja (živčne celice, srčno mišične celice, celice v očesu) večina pa se jih deli samo občasno (celice jeter, ledvic, pljuč).

 
Razvoj jajčeca po oploditvi. Z združitvijo spermija in jajčeca nastane zigot. Ta se začne hitro deliti in že po nekaj urah nastane blastula, ki jo sestavljaja plašč celic in skupek celic v notranjosti (notranja masa celic blastociste, iz katere pridobivajo embrionalne zarodne celice). Na stopnji gastrule so že izoblikovane vse tri osnovne celične linije: ektoderm, mezoderm in endoderm iz katerih se nato razvijejo vsa tkiva v telesu. Npr. iz ektoderma nastane koža, možgani in pigmentne celice.

Večina celic v odraslem organizmu pa izstopi iz aktivnega delitvenega cikla v tiho - G0 fazo, kjer so metabolno aktivne, vendar se ne podvojujejo, razen pod vplivom ustreznih izvenceličnih signalov, npr. ob poškodbi tkiva, da nadomestijo izgubljene celice.
Zarodna celica je posebna vrsta celice, ki ima lastnosti, ki so jih odrasle celice tekom diferenciacije in specializacije izgubile. Tako je sposobna neskončnega podvajanja - vsaj za čas življenja osebka, medtem ko se lahko diferencirane celice delijo samo končno mnogokrat. To je verjetno povezano s sposobnostjo zarodnih celic, da z encimom telomerazo vzdržujejo dolžino kromosov oziroma njihovih koncev - telomer. Kot je znano dolžina telomere najverjetneje določa delitveno sposobnost celice, kajti pri vsaki delitvi celice se njena dolžina skrajša (od 20-200 bp). Ko dolžina doseže neko spodnjo "kritično mejo" se sproži mehanizem, ki celici prepreči, da bi se nadalje delila. Encim telomeraza, ki ga imajo zarodne celice, je sposoben podaljševati konec kromosoma in tako kompenzirati njegovo krajšanje pri delitvi.
Druga pomembna lastnost zarodnih celic je, da se lahko razvije (diferencira) v ostale tipe celic, ki tvorijo različna tkiva. Tako se lahko v primernem okolju oziroma pod vplivom pravih signalov razvije v specifične odrasle celice, ki imajo značilno obliko in funkcijo, npr. nevroni, mišične celice, jetrne celice.

Najbolje raziskane zarodne celice so celice kostnega mozga, iz katerih nastajajo krvne celice. Same krvne celice (eritrociti, levkociti, megakariociti) se ne delijo in imajo omejeno življensko dobo, od nekaj dni do nekaj tednov. Zato se lahko njihova populacija obnavlja samo s stalno delitvijo zarodnih celic v kostnem mozgu (pravimo jim tudi hematopoetne pluripotentne zarodne celice). Zarodna celica je torej neizoblikovana celica, ki se lahko razvije v karkoli, vendar pri tem izgubi svoje zarodne funkcije. Do diferenciacije pride zaradi spremembe v ekspresiji genov pri čemer se nekateri geni vključijo, mnogi pa se izključijo. V naravi je diferenciacija enosmeren proces, odrasla celica se nikoli ne spremeni nazaj v zarodno in ena od stvari, ki se jo raziskovalci sedaj sprašujejo je, če je mogoče zavrteti biološko uro nazaj in odrasle celice spremeniti v zarodne.

V novejšem času lahko ločimo med tremi tipi zarodnih celic, ki imajo nekatere podobnosti in bistvene razlike: embrionalne zarodne celice, spolne zarodne celice ter odrasle zarodne celice.

EMBRIONALNE ZARODNE CELICE (embryonic stem cell)

Embrionalne zarodne celice (ES celice) opredeljuje njihov izvor. Dobijo jih iz notranje mase celic blastociste. Blastocista je razvojna stopnja zarodka, preden se le-ta vgnezdi v maternico. Ker je področje zarodnih celic relativno mlado, zaenkrat še ni splošno sprejetih pojmov in definicij med znanstveniki, zato bomo prevzeli, da embrionalno zarodno celico definirajo naslednje lastnosti:

izvira iz notranje mase celic (epiblast) blastociste

sposobna je neskončnega simetričnega deljenja brez diferenciacije

ima in ohranja stabilen in popolen (diploiden) set kromosomov

iz nje lahko nastanejo diferencirane celice, ki izvirajo iz treh osnovnih zarodnih plaščev zarodka (endoderm, mezoderm, ektoderm)

sposobnost integracije v zarodna tkiva tekom razvoja

sposobnost koloniziranja (poselitve) zarodne linije in tvorba jajčec ali spermijev

klonogenost, kar pomeni, da lahko ena embrionalna zarodna celica tvori skupek (kolonijo) klonov, ki imajo iste lastnosti kot izvorna celica

ekspresija transkripcijskega faktorja Oct-4, ki aktivira ali inhibira skupino genov in ohranja celico v delitvenem, nediferenciranem stanju

lahko jo induciramo, da nadaljuje s podvojevanjem ali diferenciranjem

nima G1 kontrolne točke celičnega cikla. Večino svojega časa preživi v S fazi, v kateri se sintetizira DNA

X kromosom ni deaktiviran, kot je to običajno pri somatskih celicah

Kot vidimo ima embrionalna zarodna celica veliko lastnosti, ki jo loči od ostalih celic. Vsekakor pa sta njeni najpomembnejši lastnosti zmožnost neskončnega deljenja in pluripotentnost (sposobnost da se ES celica razvitje v katerokoli odraslo celico), prav zaradi teh dveh lastnosti imajo te celice tudi potencialno klinično-komercialno uporabnost. Izmed vseh zarodnih celic imajo prav ES celice najboljše lastnosti za klinično uporabo, vendar pa njihovo pridobivanje sproža moralne pomisleke, kajti pri tem potrebujemo zarodek, ki ga zatem zavržemo. Vprašanje, ali smo s tem dejansko ubili človeka, ali samo kup celic, je v bistvu izven dosega kvalitativne opredelitve, ker nimamo meril, s katerimi bi vrednotili vprašanja o pravici do življenja, njegovem začetku in zavedanju, zato je na posamezniku, da si v skladu s svojimi moralno etičnimi nazori sam postavi mejo, katero še sprejema ter preko katere je pripravljen iti.

SPOLNE ZARODNE CELICE (germ stem cell):

Spolne zarodne celice (EG celice) se za razliko od ES celic pridobiva iz tkiva 5-9 tednov starega fetusa (zarodka). Te celice so zelo podobne ES celicam, imajo zmožnost dolgotrajnega deljenja (vendar ne neskončnega), nimajo nenormalnih kromosomov in kažejo značilnosti pluripotentnosti. Vendar se v nekaterih lastnostih razlikujejo. In vitro se ne delijo tako dolgo, kot njihove sorodnice, ampak samo 70 do 80-krat, obenem pa ES celice tvorijo rak (teratom) če jih vbrizgamo v organizem, medtem ko ga EG celice ne.

ODRASLE ZARODNE CELICE (adult stem cell):

Veliko raziskav poteka na področju odkrivanja in manipuliranja odraslih zarodnih celic, saj te raziskave ne spremljajo etično - moralne dileme. Te celice se tako kot ES in EG lahko podvojujejo dolgo časa (tekom življenja) in iz njih lahko nastanejo diferencirane celice. Njihova posebnost je ta, da jih za razliko od ES in EG najdemo v odraslem organizmu, v diferenciranem tkivu, ter da se lahko razvijejo samo v določene celice, torej niso univerzalno pluripotentne. Odrasle zarodne celice so redke, npr. v populaciji 10.000-15.000 celic kostnega mozga najdemo samo eno zarodno celico (HPSC).

Razvoj celic kostnega mozga (hematopoetične in stromalne celice).
Hematopoetična zarodna celica se najprej diferenicra v t.i porogenatorsko celico in ta se nadalje razvije v različne krvne celice. Pri človeku na dan nastane do 1013 krvnih celic.

Njihova osnovna funkcija ja, da vzdržujejo notranje ravnotežje (nadomeščajo odmrlih celic). Odrasle zarodne celice je težko odkriti in diferenicrati. Čeprav so še pred kratkim mislili, da so samo v kostnem mozgu in mogoče še kje, so jih sedaj našli tudi v možganih, hrbtenjači, zobovju, žilah, skeletnih mišicah, kožnem epiteliju, prebavnem traktu, jetrih in pankreasu. Seznam odraslih zarodnih celic stalno narašča in čisto mogoče je, da se bo izkazalo, da so prisotne v skoraj vseh tkivih. Pred časom se je pokazalo tudi, da je mogoče te celice tako zmanipulirati, da se razvijejo tudi v drugo tivo in ne samo v tisto, iz katerega izvirajo. Znanstveniki (in industrija) bi bili najbolj srečni, če bi uspeli najti odraslo zarodno celico, ki bi imela iste sposobnosti, kot njena embrionalna sorodnica. In res dosti raziskovalnih skupin mrzlično išče to super celico. Še pred kratkim je neka skupina objavila, da so to celico dejansko našli, vendar se je pozneje izkazalo, da je to odkritje posledica prevelike želje po uspehu in nič drugega kot artefakt. Največja pomanjkljivost odraslih zarodnih celice je torej njihova omejena zmožnost podvojevanja ter njihova redkost, kar postavlja pod vprašaj njihovo praktično uporabo.

Prihodnjič objavljamo nadaljevanje prispevka, v katerem boste izvedeli več o terapevtski uporabi zarodnih celic.

pripravil
Nejc Jelen

viri:

USA national institutes of health. June 2001. Stem cell: scientific progress and future
research directions

Orlic D. New York Acad Sci. 1999. Hematopoietic stem cells : biology and transplantation

Schiller. 1999. Hematopoetic stem cell therapy

Geoffrey M. Cooper. 1997. The cell: a molecular approach. 

Adult Stem cell promise may be deceptive. New Sci Onl News. Mar 2002

"Functional" kidneys grown from stem cells. New Sci Onl News. Jan 2002