Komórki macierzyste

Komórki macierzyste zaczęły być w ostatnich latach postrzegane jako mityczne panaceum. W związku z tym gabinety ginekologiczne zostały zasypane broszurami reklamowymi namawiającymi do bankowania ich z krwi pępowinowej, a nowoczesne kliniki ortopedyczne zaczęły oferować leczenie za ich pomocą zmian zwyrodnieniowych stawów, jak również urazów mięśni, chrząstki i ścięgien. Skąd się biorą takie komórki?

Przeznaczenie

W rozwoju zarodkowym każdego człowieka po zapłodnieniu komórki jajowej dochodzi do jej licznych podziałów, skutkujących utworzeniem skupiska niewyspecjalizowanych niedojrzałych komórek, które są takie same pod względem genetycznym. Ta grudka identycznych komórek jest niczym innym jak wczesnym stadium zarodka, noszącym nazwę blastocysty, która zagnieżdża się w śluzówce macicy. W kolejnych etapach rozwoju zarodkowego niewyspecjalizowane komórki blastocysty zaczynają się przekształcać w konkretne tkanki rozwijającego się zarodka, tworząc organy wewnętrzne, nerwy, skórę, układ szkieletowo-mięśniowy… Proces przekształcania się niedojrzałych (inaczej: niezróżnicowanych) komórek w konkretną tkankę lub organ nosi nazwę różnicowania. Natomiast dojrzałe komórki danej tkanki są nazywane komórkami zróżnicowanymi. Co istotne, nie wszystkie komórki w okresie zarodkowym ulegają zróżnicowaniu. Część pozostaje niezróżnicowana, aby w dojrzałym organizmie uczestniczyć w procesach regeneracyjnych poszczególnych tkanek. Ten szczególny typ komórek o zdolnościach regeneracyjnych nosi nazwę komórek macierzystych. Przykładem mogą tu być niezróżnicowane komórki satelitowe mięśni, regenerujące mięśnie po wysiłku fizycznym.

Zatem w dużym uproszczeniu komórki macierzyste są to niezróżnicowane samoodnawialne (mające zdolność do potencjalnie nieskończonej liczby podziałów) komórki, zdolne do przekształcania się w inne tkanki w organizmie. Wyróżnia się dwa główne typy komórek macierzystych: zarodkowe, które można pozyskać wyłącznie z zarodka lub w bardzo znikomej ilości z krwi pępowinowej, oraz dorosłe (somatyczne), obecne w różnych tkankach w dojrzałym organizmie, m.in. w szpiku kostnym, tkance tłuszczowej, miazdze zębowej, okostnej, krwi obwodowej, gałce ocznej, płucach. Komórki te są również zlokalizowane w tkankach związanych z porodem, takich jak krew pępowinowa, galareta Whartona (galaretowata substancja w sznurze pępowinowym), łożysko, kosmówka, owodnia, płyn owodniowy. Zgodnie z ogólnie przyjętą definicją dorosłe komórki macierzyste charakteryzują się zdolnością do różnicowania w co najmniej trzy rodzaje komórek spośród komórek kości, chrząstki, tkanki tłuszczowej, prekursorów komórek mięśniowych lub komórek serca. Natomiast w każdy typ tkanki w organizmie mogą przekształcić się wyłącznie zarodkowe komórki macierzyste, stąd ich określenie „pluripotencjalne”. Mimo ogromnego potencjału regeneracyjnego komórek zarodkowych z oczywistych względów etycznych nie są one wykorzystywane w medycynie regeneracyjnej.

Powrót do przeszłości

Ponieważ zarodkowe komórki macierzyste mają największe możliwości terapeutyczne ze wszystkich typów komórek macierzystych (mogą potencjalnie zregenerować każdą tkankę w organizmie), naukowcy z całego świata zaczęli podejmować próby stworzenia komórek o cechach komórek zarodkowych poprzez cofnięcie różnicowania komórek dojrzałego organizmu. W ostatnim czasie udało się genetycznie przeprogramować dorosłe komórki organizmu, a więc cofnąć ich różnicowanie, przywrócić do wcześniejszego stadium rozwoju i uzyskać tzw. indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (z ang. induced pluripotent stem cells, iPSC), wykazujące cechy takie same jak komórki zarodkowe. Przeprogramowanie dorosłych komórek (np. skóry) polega na sztucznym wprowadzeniu do nich 4 genów (określanych skrótowo OSKM), które przywracają wcześniejsze stadium rozwoju. Geny wprowadza się do dorosłych komórek poprzez zainfekowanie ich wirusem (mającym w obrębie swojego DNA ulokowane geny OSKM), co skutkuje integracją wirusowego DNA z DNA komórek gospodarza.

Pomimo obiecujących wyników badań zastosowanie w praktyce klinicznej terapii z wykorzystaniem komórek iPCS wciąż pozostaje w sferze marzeń, ponieważ sam proces przekształcania dorosłych komórek w iPCS jest mało wydajny, a ich użycie niesie ze sobą ryzyko rozwinięcia się nowotworów w wyniku mutacji i niekontrolowanych podziałów iPCS. Ponadto po raz kolejny pojawiają się pytania natury etycznej. Skoro iPCS zachowują się jak zarodkowe komórki macierzyste i mają zdolność przekształcenia się w każdy typ komórek organizmu, to czy można zaindukować ich przekształcenie w pełny embrion? Niemniej komórki iPCS znajdują zastosowanie w badaniach naukowych, np. przy poszukiwaniu mutacji genetycznych odpowiedzialnych za rozwinięcie się choroby Parkinsona u konkretnego pacjenta. Poprzez przeprogramowanie komórek skóry osoby cierpiącej na chorobę Parkinsona do iPCS, a następnie przekształcenie ich w neurony można stworzyć spersonalizowany model in vitro choroby.

Medycyna regeneracyjna

Skoro nie możemy skorzystać z terapii zarodkowymi komórkami macierzystymi oraz iPCS, pozostaje nam skupić się na innych komórkach występujących w naszym organizmie, które również wykazują duży potencjał regeneracyjny. Są nimi dorosłe komórki macierzyste, których obecność udowodniono w wielu organach i tkankach. W medycynie regeneracyjnej najczęściej wykorzystuje się komórki wyizolowane ze szpiku kostnego, krwi pępowinowej i tkanki tłuszczowej. Co ciekawe, w szpiku kostnym oraz krwi pępowinowej występują dwa rodzaje komórek macierzystych: dorosłe komórki macierzyste, mogące przekształcić się w różne typy komórek w organizmie inne niż komórki krwi, oraz krwiotwórcze komórki macierzyste, dające początek wszystkim komórkom krwi i układu immunologicznego. Nie dziwi więc, że komórki z obu źródeł (szpiku i krwi pępowinowej) są przede wszystkim wykorzystywane w leczeniu różnych schorzeń układów krwiotwórczego i immunologicznego, takich jak niedokrwistość oraz nowotwory układu krwiotwórczego i immunologicznego (np. chłoniaki, szpiczak mnogi, białaczki, w tym białaczka plazmocytowa, ostra i przewlekła białaczka szpikowa, ostra białaczka limfoblastyczna).

Co istotne, komórki macierzyste obecne w tych tkankach mają również ogromny potencjał terapeutyczny w leczeniu innych schorzeń niż układu krwiotwórczego i immunologicznego, ponieważ w określonych warunkach wykazują zdolność przekształcania się do komórek kości, chrząstki, mięśni, serca, wątroby, trzustki, nabłonka oraz neuronów. Niemniej jednak ze względu na stosunkową niewielką ilość dorosłych komórek macierzystych pozyskiwanych z krwi pępowinowej w medycynie częściej stosuje się komórki ze szpiku kostnego. Dotychczasowe badania na zwierzętach wykazały ogromne zdolności regeneracyjne komórek macierzystych szpiku u osobników po przebytym zawale serca, udarze, urazie rdzenia kręgowego, uszkodzeniu wątroby, cierpiących na cukrzycę czy wrodzoną łamliwość kości.

Bardzo cennym i obfitym źródłem dorosłych komórek macierzystych wykorzystywanych w medycynie oprócz szpiku kostnego i krwi pępowinowej jest także tkanka tłuszczowa. Co ważne, pobieranie tkanki tłuszczowej (najczęściej poprzez liposukcję) jest zdecydowanie mniej inwazyjną procedurą niż pobieranie szpiku kostnego, dzięki czemu pacjent jest również mniej narażony na potencjalne komplikacje związane z samym pozyskaniem tkanki do izolacji komórek macierzystych. Komórki izolowane z tkanki tłuszczowej znalazły zastosowanie przede wszystkim w ortopedii w leczeniu zmian zwyrodnieniowych i dolegliwości bólowych dużych stawów (kolanowego, biodrowego, barkowego), urazów chrząstki stawowej, uszkodzeń więzadeł oraz łąkotki (rekonstrukcja i stymulacja regeneracji), uszkodzeń mięśni i zaburzeń zrostu kości. W ortopedii najczęściej wykorzystuje się artroskopię – mało inwazyjną technikę operacyjną, polegającą na wprowadzeniu małego urządzenia chirurgicznego przez małe nacięcie w okolicy stawu – w połączeniu z komórkami macierzystymi, co wraz z odpowiednią rehabilitacją znacząco przyspiesza rekonwalescencję pacjentów, pozwalając im szybko wrócić do sprawności i normalnego funkcjonowania w życiu codziennym. Dorosłe komórki macierzyste, wywodzące się z tkanki tłuszczowej, znalazły również zastosowanie w leczeniu urazów rdzenia kręgowego oraz przewlekłych, trudno gojących się ran (tu redukują także tworzenie się nieestetycznych blizn). Na uwagę zasługuje fakt, że komórki macierzyste nie tylko występują w ogromnej ilości w tkance tłuszczowej (nawet 5% w przeliczeniu na wszystkie komórki tej tkanki), ale również charakteryzują się brakiem antygenów powierzchniowych (specyficznych białek na powierzchni komórek), które odpowiedzialne są za odpowiedź immunologiczną, prowadzącą do reakcji odrzutu przez organizm biorcy. Zatem komórki macierzyste wywodzące się z tkanki tłuszczowej można pobierać od zdrowego dawcy i bezpiecznie stosować w terapii komórkowej u potrzebującego pacjenta – biorcy.

Spektakularne efekty terapii komórkami macierzystymi rodzą pytanie: czy komórki te naprawdę mają zdolność regeneracji uszkodzonej tkanki, do której zostały dostarczone? Tutaj opinie są podzielone. Wielu naukowców uważa, że nie są w stanie przeżyć i namnażać się po ich transplantacji do żywego organizmu, a ich lecznicze działanie wynika przede wszystkim ze zdolności do wytwarzania i uwalniania specyficznych bioaktywnych cząsteczek (cytokin, czynników wzrostu), wykazujących działanie przeciwbólowe, przeciwzapalne i stymulujących proces tworzenia się nowych naczyń krwionośnych oraz procesy regeneracyjne w uszkodzonej tkance. Nie wyklucza się jednak możliwości przekształcania komórek w uszkodzoną tkankę w celu jej regeneracji. Wszystkie te właściwości komórek macierzystych świadczą o ich dużym potencjale terapeutycznym oraz dają nadzieję na skuteczną terapię komórkową w przypadku trudnych do wyleczenia schorzeń, takich jak białaczka, cukrzyca, zawał mięśnia sercowego, uszkodzenia wątroby, udar mózgu, uszkodzenia rdzenia kręgowego czy nawet choroba Parkinsona.

Warto bankować?

Czy warto zatem skorzystać z terapii komórkami macierzystymi? Czy bankowanie komórek z krwi pępowinowej jest zasadne, skoro w szpiku kostnym i tkance tłuszczowej każdego człowieka również występują dorosłe komórki macierzyste? Tak, zdecydowanie warto skorzystać z terapii komórkowej, kiedy konwencjonalne leczenie nie przynosi pożądanych efektów. Jeśli chodzi o bankowanie komórek macierzystych pozyskiwanych z krwi pępowinowej, to należy pamiętać, że chociaż jest to źródło żywotnych i szybko dzielących się komórek (krwiotwórczych, dorosłych macierzystych, ale również o cechach podobnych do zarodkowych komórek macierzystych), to podczas porodu z pępowiny i łożyska pobierana jest bardzo mała ilość krwi, dlatego krew pępowinowa jest w rzeczywistości rzadko wykorzystywanym źródłem komórek macierzystych w terapii komórkowej.

dr hab. n. farm. Agata Przekora-Kuśmierz, profesor UM
Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, Uniwersytet Medyczny w Lublinie