LUDZKI ZARODEK w stadium blastocysty
(od pi´ciu do szeÊciu dni po zap∏odnieniu)
zosta∏ otwarty w celu pobrania komórek
w´z∏a zarodkowego (czerwone uwypuklenie),
gdzie powstajà zarodkowe komórki macierzyste.

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

57

Komórki macierzyste sà szansà

na regeneracj´ zniszczo-

nych cz´Êci cia∏a i wyleczenie chorób, które opar∏y si´ klasycznym terapiom. Na-

dziej´ chorych podsycajà doniesienia o niemal cudownych w∏aÊciwoÊciach tych

komórek, ale wiele ekscytujàcych wyników zostaje zakwestionowanych w póê-

niejszych badaniach, inne zaÊ bywajà wypaczane w debatach nad dopusz-

czalnoÊcià pozyskiwania komórek macierzystych z ludzkich zarodków.

Prowokacyjne i sprzeczne twierdzenia zdezorientowa∏y obserwatorów

i wi´kszoÊç naukowców. Czy natychmiastowe zniesienie ograniczeƒ

prawnych i finansowych w Stanach Zjednoczonych i innych krajach

pozwoli∏oby od razu rozpoczàç leczenie pacjentów komórkami ma-

cierzystymi? Prawdopodobnie nie. Trzeba jeszcze pokonaç wiele prze-

szkód technicznych i rozwiàzaç wiele zagadek, zanim komórki te

zacznà spe∏niaç pok∏adane w nich nadzieje.

Ju˝ samo rozpoznanie komórki macierzystej jest k∏opotliwe.

Aby naukowcy mogli porównywaç wyniki i oceniaç skutecznoÊç

technik kontrolujàcych zachowanie komórek macierzystych, mu-

szà najpierw byç pewni, ˝e do badaƒ stosujà komórki, które sà

zdolne s∏u˝yç jako êród∏o (macierz) innych typów komórek, i

b´dà t´ zdolnoÊç utrzymywaç. Jednak mimo intensywnych ba-

daƒ nie nauczyliÊmy si´ rozpoznawaç takich komórek po wy-

glàdzie. Z koniecznoÊci zatem sà one definiowane przez swo-

je zachowanie.

Najbardziej wszechstronne sà zarodkowe komórki macierzy-

ste (ES – embryonic stem cells), po raz pierwszy wyizolowa-

ne od myszy ponad 20 lat temu. Komórki ES pochodzà z tej

cz´Êci zarodka w bardzo wczesnym stadium rozwoju, z któ-

rej póêniej rozwijajà si´ trzy ró˝ne listki zarodkowe [ramka na

stronie 59] i ostatecznie wszystkie tkanki organizmu. Komór-

ki ES zachowujà zdolnoÊç wytwarzania wszystkich typów
komórek organizmu – innymi s∏owy, sà totipotencjalne.

Wi´kszoÊç obecnie istniejàcych ludzkich linii komórek ES

pochodzi z zarodków powsta∏ych przez zap∏odnienie in vitro,

ale niewykorzystanych do implantacji.

1

Wykazano, ˝e linie

te dobrze znoszà zamra˝anie i rozmra˝anie, a w naczyniach

hodowlanych ró˝nicujà si´ w wiele typów komórek. Z cza-

sem sta∏o si´ jednak jasne, ˝e nie wszystkie linie ludzkich ko-

mórek ES sà takie same.

Pewne linie komórkowe zró˝nicujà si´ tylko w niektóre rodza-

je komórek, a wzrost innych w hodowli jest powolny. Jak stwier-

dziç, ˝e komórki przeznaczone do doÊwiadczeƒ sà rzeczywiÊcie

totipotencjalne? Grupa amerykaƒskich i kanadyjskich biologów,

zmierzajàca do ustanowienia standardów doÊwiadczeƒ na ludz-

kich komórkach zarodkowych, zaproponowa∏a dwa testy, po-

wszechnie ju˝ wykorzystywane w badaniach zwierz´cych komórek

zarodkowych. Jeden z nich polega na wstrzykiwaniu komórek ES

do tkanki doros∏ego zwierz´cia. JeÊli utworzà potworniaka (terato-

ma) – nowotwór zbudowany z komórek pochodzàcych z trzech list-

ków zarodkowych – ich totipotencjalnoÊç zostaje potwierdzona. Dru-

gi test polega na wyznakowaniu komórek ES i wstrzykni´ciu ich do

rozwijajàcego si´ zarodka zwierz´cego. JeÊli urodzi si´ zwierz´, które-

go wszystkie tkanki zawierajà znakowane komórki, linia komórkowa jest

uznawana za totipotencjalnà. Jednak badajàc w ten sposób ludzkie ko-

mórki macierzyste, tworzylibyÊmy zwierz´ta chimeryczne, z ludzkim DNA

w organizmie, co dla wielu jest nieetyczne. Co wi´cej, pomyÊlny wynik testu

zarodkowego nie zawsze gwarantuje, ˝e komórki b´dà si´ podobnie ró˝nico-

wa∏y w warunkach laboratoryjnych.

Potrzeba znalezienia pewniejszych znaczników identyfikujàcych totipotencjalne

komórki ES sk∏ania badaczy do prób katalogowania genów w∏àczanych lub wy∏à-

czanych w komórkach ES na ró˝nych etapach hodowli. ZnajomoÊç profilu ekspresji

Komórki

macierzyste

– nadzieje

i prognozy

Co stoi na przeszkodzie
praktycznemu wykorzystaniu
komórek macierzystych
w medycynie?

Robert Lanza

i Nadia Rosenthal

Y

ORGOS NIKAS

W

ellcome Photo Librar

y

genów charakterystycznego dla komó-
rek ES mog∏aby nie tylko dostarczyç
metody identyfikacji tych komórek, ale
tak˝e daç wglàd we w∏aÊciwoÊci stano-
wiàce o ich macierzystoÊci. Niestety, ba-
dania profilu ekspresji genów w ko-
mórkach ES dajà sprzeczne wyniki.
Wobec tego poszukiwania wyró˝ników
komórek ES trwajà.

Ostatecznym celem badaƒ komórek

macierzystych jest wymiana lub regene-
racja uszkodzonych cz´Êci cia∏a, takich
jak komórki trzustkowe produkujàce in-
sulin´ (u chorych na cukrzyc´) czy neu-
rony wytwarzajàce dopamin´ (u pacjen-
tów z chorobà Parkinsona). Jednak
techniki sterowania ró˝nicowaniem ko-
mórek ES dalekie sà od doskona∏oÊci.

Komórki ES, pozostawione samym so-

bie w hodowli, samorzutnie zaczynajà
ró˝nicowaç si´ w bez∏adnà mieszanin´
tkanek ró˝nego typu. Ró˝nicowanie to
mo˝na cz´sto ukierunkowaç na ko-
mórki wybranego typu, podajàc w odpo-
wiednim momencie okreÊlone substan-
cje chemiczne. Niektóre tory ró˝nicowa-
nia sà jednak wyraênie preferowane –
∏atwo na przyk∏ad powstajà poletka pul-
sujàcych komórek serca – podczas gdy
komórki innych tkanek sà znacznie trud-
niejsze do uzyskania.

Zagoniç komórki do roboty

PONIEWA

˚ WCIÑ˚ NIE ZNAMY

dobrze sygna-

∏ów nakazujàcych komórkom wybór
okreÊlonego toru ró˝nicowania podczas
rozwoju zarodkowego, wielu naukow-
ców poszukuje ich, badajàc naturalnà
zarodkowà „nisz´”. Inni naukowcy pró-
bujà ustaliç profil ekspresji genów ko-
mórek zarodkowych w czasie ich ró˝-
nicowania, by znaleêç geny, które mo˝na
by∏oby w∏àczaç lub wy∏àczaç w celu
ukierunkowania komórek do ró˝nico-
wania si´ w konkretnà tkank´.

Ale uzyskanie czegoÊ, co mo˝na uznaç

za komórki po˝àdanego typu, to dopie-
ro po∏owa drogi. Komórki ES z ∏atwo-
Êcià wype∏nià naczynie hodowlane na

przyk∏ad neuronami, ale neurony te sta-
nà si´ u˝yteczne dopiero wówczas, gdy
wprowadzone do ˝ywego mózgu utwo-
rzà po∏àczenia i b´dà komunikowa∏y si´
z otaczajàcymi je neuronami biorcy. Gdy
w 2001 roku Ronald McKay z National
Institutes of Health poinformowa∏, ˝e z
mysich komórek ES uzyska∏ komórki
produkujàce insulin´ – wymarzony cel w
badaniach nad komórkami macierzy-
stymi – uznano to za zasadniczy prze-
∏om. Jednak w ubieg∏ym roku Douglas
A. Melton z Harvard University powtó-
rzy∏ eksperyment McKaya i stwierdzi∏,
˝e komórki jedynie pobra∏y insulin´ z
po˝ywki hodowlanej, zamiast jà samo-
dzielnie wytworzyç. Odkrycie wiarygod-
nych mierników stanu czynnoÊciowego
uzyskanych komórek jest kolejnym pil-
nym zadaniem dla badaczy komórek
macierzystych.

By∏oby idealnie, gdybyÊmy mogli po

prostu wstrzyknàç komórki ES do na-
rzàdów wymagajàcych regeneracji i
poczekaç, a˝ otrzymajà instrukcje z oto-
czenia. Jednak totipotencjalnoÊç komó-
rek ES sprawia, ˝e terapia taka by∏aby
zbyt niebezpieczna. Wszczepione ko-
mórki mogà utworzyç potworniaka,
zró˝nicowaç si´ w tkank´ innà ni˝ po˝à-
dana albo jedno i drugie – znane sà przy-
padki potworniaków, które rozwin´∏y
si´ u zwierzàt i zawiera∏y w pe∏ni ufor-
mowane z´by.

Zamiast wi´c ryzykowaç rozwój gu-

za czy z´ba w ludzkim mózgu lub ser-
cu nastrzykni´tym komórkami ES albo
˝mudnie hodowaç gotowà, czynnoÊcio-
wo sprawnà tkank´ w laboratorium, na-
ukowcy pracujà obecnie nad metodà po-
Êrednià. Totipotencjalne komórki ES
przed podaniem choremu mo˝na prze-
kszta∏ciç do bardziej stabilnego, ale na-
dal elastycznego stadium pluripotencjal-
nych komórek prekursorowych – sà to
komórki, których kierunek ró˝nicowania
zosta∏ ju˝ z grubsza okreÊlony, mo˝na
zatem uniknàç ró˝nicowania niekontro-
lowanego, nie tracàc jednak szansy wy-

korzystania sygna∏ów Êrodowiskowych
do precyzyjnego sterowania produkcjà
komórek docelowych.

Ale nawet jeÊli komórki prekursoro-

we zadomowià si´ ju˝ w nowym Êrodo-
wisku i zainicjujà wytwarzanie nowej
tkanki, to dla organizmu pacjenta na-
dal pozostanà potencjalnym celem ata-
ku. Przeszczep komórek ES lub ich po-
chodnych wià˝e si´ z takim samym
ryzykiem odrzucenia, jak przeszczep or-
ganów, poniewa˝ komórki ES – jak
wszystkie komórki – majà bia∏ka po-
wierzchniowe, które dla uk∏adu odpor-
noÊciowego biorcy stajà si´ antygenami
rozpoznawanymi jako obce. Mo˝liwe sà
setki kombinacji ró˝nych typów antyge-
nów, co oznacza, ˝e potrzeba setek tysi´-
cy linii komórek ES do stworzenia ban-
ku komórek zgodnych immunologicznie
z wi´kszoÊcià potencjalnych pacjentów.
Tworzenie tak wielu linii mo˝e wyma-
gaç milionów nadmiarowych zarodków
z klinik zap∏odnienia in vitro.

Cz´Êç naukowców uwa˝a, ˝e tak wiel-

ki bank nie b´dzie konieczny, gdy mo˝li-
we stanie si´ odczulenie pacjentów na
pochodne komórek ES lub redukowanie
antygenowych w∏aÊciwoÊci samych ko-
mórek. Jednak ˝adna z tych koncepcji
nie zosta∏a dotàd przekonujàco udowod-
niona i obecnie jedynà pewnà drogà unik-
ni´cia odrzucenia przez uk∏ad odporno-
Êciowy jest stworzenie linii komórek ES
z wykorzystaniem w∏asnego materia∏u
genetycznego pacjenta (np. klonowanie z
komórki somatycznej przez transfer jà-
dra). Ta metoda budzi wiele kontrower-
sji i nadal sprawia powa˝ne trudnoÊci
techniczne, niemniej przynios∏a zach´-
cajàce wyniki w badaniach regeneracji
uszkodzonych tkanek zwierzàt.

Cofajàc zegar

KLONOWANIE

mo˝e byç postrzegane jako

sposób przywrócenia zarodkowego po-
tencja∏u dojrza∏ym komórkom pacjen-
ta. Ludzkie cia∏o zbudowane jest z po-
nad 200 typów komórek i podobnie jak
u wszystkich ssaków skierowanie ko-
mórki na okreÊlony tor ró˝nicowania
jest praktycznie nieodwracalne, co pro-
wadzi do powstania komórki „ostatecz-
nie zró˝nicowanej”. Wyjàtkiem od tej
regu∏y jest sytuacja, kiedy jàdro osta-
tecznie zró˝nicowanej komórki soma-
tycznej zostaje wprowadzone do nieza-
p∏odnionej komórki jajowej, z której
wczeÊniej usuni´to jej w∏asne jàdro. Ko-
mórka jajowa zostaje oszukana, wskutek

58

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

n

Mo˝liwoÊç zastàpienia lub regeneracji uszkodzonych cz´Êci cia∏a nowymi tkankami

pochodzàcymi z komórek macierzystych wzbudzi∏a nie tylko nadzieje, ale i wàtpliwoÊci,
podsycane przeciwstawnymi twierdzeniami badaczy.

n

Zarodkowe komórki macierzyste majà wielki potencja∏, ale bardzo trudno jest zrozumieç

i kontrolowaç ich dzia∏anie. ¸atwiej by∏oby wykorzystaç komórki macierzyste doros∏ych,
nie wiadomo jednak dok∏adnie, jak powstajà i ile potrafià.

n

Zanim terapia komórkami macierzystymi b´dzie powszechnie stosowana, trzeba pokonaç

przeszkody o charakterze naukowym i politycznym.

Przeglàd /

Potencja∏ komórek macierzystych

CZYM SÑ KOMÓRKI MACIERZYSTE

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

59

ANDREW SWIFT

ZARODKOWE KOMÓRKI MACIERZYSTE (komórki ES – embryonic stem cells) pochodzà z cz´Êci bardzo wczesnego stadium zarod-
ka, z którego ostatecznie wyroÊnie ca∏y organizm. Poniewa˝ komórki ES powstajà w tym poczàtkowym stadium, zachowujà wielopo-
tencjalne zdolnoÊci tworzenia ka˝dej komórki organizmu.

OTRZYMYWANIE ZARODKOWYCH
KOMÓREK MACIERZYSTYCH
Aby otrzymaç lini´ komórek ES, naukowcy
usuwajà wewn´trznà mas´ komórek z blastocysty
powsta∏ej w laboratorium, zwykle pozosta∏ej po
próbach zap∏odnienia in vitro. W´ze∏ zarodkowy
jest wprowadzany do naczynia hodowlanego
zawierajàcego komórki od˝ywcze, do których
wkrótce przywiera. W ciàgu kilku dni wyrastajà
nowe komórki ICM, tworzàc kolonie (powy˝ej).
Te komórki sà formalnie nazywane zarodkowymi
komórkami macierzystymi, jeÊli majà znaczniki
charakterystyczne dla komórek ES i przesz∏y kilka
podzia∏ów komórkowych (pasa˝y), dowodzàc,
˝e sà stabilnà, nieÊmiertelnà linià komórkowà.

LOSY KOMÓREK
W niespe∏na tydzieƒ po zap∏odnieniu ludzkiej komórki jajowej rozwijajàcy si´ zarodek zawiera
od 100 do 150 jeszcze niewyspecjalizowanych komórek. Zarodek jest p´cherzykiem zwanym
blastocystà, sk∏adajàcym si´ z zewn´trznej masy komórek (z której po zagnie˝d˝eniu
w macicy powstanie ∏o˝ysko) i z wewn´trznej masy komórek (ICM – inner cell mass),
czyli w´z∏a zarodkowego, z której powstanie p∏ód. Po zagnie˝d˝eniu si´ w macicy komórki te
kontynuujà podzia∏y, rozpoczynajàc
w trzecim tygodniu specjalizacj´.
Zarodek, zwany w tym stadium
gastrulà, zawiera trzy ró˝ne
listki zarodkowe, z których
powstanà setki tkanek
w ludzkim ciele.

ZAP¸ODNIONA
KOMÓRKA JAJOWA

(1 dzieƒ)

BLASTOCYSTA

(5–6 dzieƒ)

Kolonie

komórek ES

Komórki ES wywodzà si´ z ICM

Zewn´trzna

masa komórek

(trofoblast)

Wewn´trzna

masa komórek

(w´ze∏ zarodkowy)

GASTRULA

(14–16 dzieƒ)

EKTODERMA

(zewn´trzny listek)

Skóra,

neurony,

przysadka mózgowa,

oczy,

uszy

MEZODERMA

(Êrodkowy listek)

Szpik kostny,

mi´Ênie szkieletowe,

g∏adkie i mi´sieƒ

sercowy, serce

i naczynia krwionoÊne,

kanaliki nerkowe

ENDODERMA

(wewn´trzny listek)

Trzustka,

wàtroba,

tarczyca,

p∏uca,

p´cherz,

cewka moczowa

LISTKI ZARODKOWE
I NIEKTÓRE TKANKI
WYWODZÑCE SI¢
Z TYCH LISTKÓW

czego zachowuje si´ jak komórka za-
p∏odniona, i rozpoczyna podzia∏y jak
zwyk∏y zarodek. Komórki ES pochodzà-
ce z takiego zarodka zawierajà oczywi-
Êcie materia∏ genetyczny komórki so-
matycznej dawcy, zosta∏ on jednak
przeprogramowany – przywrócony do
stanu wyjÊciowego – i stàd bierze si´ od-
zyskanie przez niego zdolnoÊci tworze-
nia tkanki ka˝dego rodzaju.

Jedno z nas (Lanza) wykaza∏o ostat-

nio, ˝e cz´Êciowo zró˝nicowane komór-
ki macierzyste z zarodka powsta∏ego
przez klonowanie mogà zostaç wszcze-
pione do serca mysiego dawcy, gdzie za-
gnie˝d˝ajà si´ w strefie uszkodzonej
przez zawa∏ i w ciàgu miesiàca zast´-
pujà 38% blizny zdrowà tkankà mi´Ênia
sercowego [ilustracja powy˝ej]. W bie-
˝àcym roku zaÊ po raz pierwszy wy-
korzystano transfer jàdra komórki so-
matycznej (SCNT – somatic cell nuclear
transfer) do stworzenia ludzkiej linii ko-
mórek ES. Niektórzy naukowcy zdà˝yli
ju˝ zwàtpiç w mo˝liwoÊç wykorzystania

transferu jàdra do produkcji komórek
macierzystych przydatnych w leczeniu
naczelnych, gdy Woo Suk Hwang ze
wspó∏pracownikami z Seoul National
University dowiód∏, ˝e jest to mo˝liwe.
Koreaƒski zespó∏ og∏osi∏ w lutym tego
roku, ˝e technikà SCNT wytworzy∏ ludz-
ki zarodek, doprowadzi∏ go do stadium
blastocysty i wyprowadzi∏ pluripoten-
cjalnà lini´ komórek ES. By∏ to kamieƒ
milowy w badaniach komórek macie-
rzystych. Sukces ten równoczeÊnie
uÊwiadomi∏ wszystkim, ile problemów
nadal czeka na rozwiàzanie.

Grupa Hwanga dysponowa∏a 242 ko-

mórkami jajowymi, mia∏a wi´c mo˝li-
woÊç eksperymentowania z technikami,
czasem i warunkami na ka˝dym etapie
pracy. Pomimo to z setek komórek jajo-
wych uzyskano tylko jednà lini´ komó-
rek ES, a w dodatku naukowcy nie by-
li pewni, której z wykorzystanych metod
zawdzi´czajà sukces. Wiele trzeba si´
jeszcze dowiedzieç o tajemniczym me-
chanizmie przeprogramowania w ko-

mórce jajowej i poznaç wszystkie przy-
czyny niepowodzeƒ podczas tworzenia
i hodowli zarodka po transferze jàdra.

Naukowcy wcià˝ nie sà pewni, czy sa-

mo przeprogramowanie lub inny aspekt
post´powania z zarodkami nie powodu-
je mutacji predysponujàcych powsta∏e
komórki ES do nowotworzenia lub sta-
rzenia si´. Z kolei dziedziczne mutacje
genowe – na przyk∏ad powodujàce he-
mofili´ czy dystrofi´ mi´Êniowà – wyma-
gajà naprawienia, zanim w∏asne komór-
ki pacjenta u˝yte zostanà do tworzenia
linii leczniczych komórek ES. Na szcz´-
Êcie techniki wykorzystywane do swo-
istej modyfikacji genów w mysich komór-
kach ES sà tak˝e skuteczne w przypadku
ludzkich komórek, a to umo˝liwia bez-
pieczne korygowanie mutacji przed po-
daniem komórek pacjentowi.

Ogólna zdrowotnoÊç komórek ES po-

chodzàcych z klonowanych zarodków
tak˝e wzbudzi∏a obawy, poniewa˝ pró-
by tworzenia ˝ywych zwierzàt przez klo-
nowanie koƒczà si´ niespotykanie wy-
sokim wspó∏czynnikiem deformacji i
umieralnoÊci. Jednak˝e jeÊli sprawdza-
my potencja∏ klonowanych linii komórek
ES przez ich wstrzykni´cie do rozwija-
jàcej si´ zwierz´cej blastocysty, to rodzi
si´ ca∏kowicie normalne zwierz´. Te wy-
niki sugerujà, ˝e chocia˝ klonowanie re-
produkcyjne jest zbyt nieprzewidywalne,
by rozwa˝aç jego zastosowanie w przy-
padku ludzi, to komórki ES powsta∏e
przez transfer jàdra sà – przynajmniej
na u˝ytek terapii – odpowiednikiem nor-
malnych ludzkich komórek ES.

Podobne kwestie bezpieczeƒstwa po-

winny zostaç rozstrzygni´te w odniesie-
niu do innych technik produkcji komó-
rek ES, w których nie wykorzystuje si´
transferu jàdra ani zarodków pochodzà-
cych z zap∏odnienia in vitro. W procesie
zwanym partenogenezà (z greckiego
„urodzenie dziecka przez dziewic´, dzie-
worództwo”) niezap∏odnionà komórk´
jajowà mo˝na chemicznie zmusiç do
rozpocz´cia podzia∏ów komórkowych
tak, jakby by∏a zap∏odniona. Takie pseu-
dozarodki (partenots) uzyskuje si´ zde-
cydowanie ∏atwiej ni˝ zarodki powsta∏e
na drodze transferu jàdra. Ze zwierz´-
cych zarodków partenogenetycznych
otrzymano komórki ES zdolne do ró˝ni-
cowania si´ w wiele rodzajów tkanek w
hodowli i pomyÊlnie przechodzàce test
tworzenia potworniaka – a zatem wy-
twarzajàce komórki ze wszystkich trzech
listków zarodkowych.

60

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

ROBER

T L

ANZA i in

.,

CIR

C

UL

A

T

ION RESEAR

CH

, TOM

94, S. 820-827, 2 IV 2004. ©

LIPPINCOTT

, WILLIAMS & WILKINS

SERCE MYSZY na przekroju poprzecznym prezentujàcym lewà komor´, gdzie 38% tkanki (pierw-
sza ramka, prostokàt) zniszczone przez zawa∏ mi´Ênia sercowego zosta∏o naprawione przez klo-
nowane zarodkowe komórki macierzyste w ciàgu miesiàca. Na zbli˝eniach ogniska uszkodzenia
widoczne sà komórki klonowane (niebieski) i nowe komórki serca (czerwony).

ROBERT LANZA i NADIA ROSENTHAL sà czo∏owymi badaczami komórek macierzystych. Lanza
jest dyrektorem medycznym Advanced Cell Technology, Inc. oraz profesorem w Institute of Re-
generative Medicine w Wake Forest University. Obecnie prowadzi badania koncentrujàce si´ na
ludzkich zarodkowych komórkach macierzystych, jest tak˝e autorem prze∏omowych badaƒ nad
klonowaniem i in˝ynierià tkankowà. Rosenthal jest dyrektorem European Molecular Biology La-
boratory w Rzymie. Przewodniczy programowi EMBL Mouse Biology, skupiajàc si´ na proble-
matyce regeneracji tkanki nerwowo-mi´Êniowej i sercowej z zastosowaniem komórek macierzy-
stych, rozwoju serca w okresie zarodkowym i tworzeniu mysich modeli ludzkich chorób. WczeÊniej
Rosenthal kierowa∏a Cardiovascular Research Center w Harvard Medical School oraz by∏a kon-
sultantem New England Journal of Medicine w zakresie biologii molekularnej.

O

AUTORACH

W odró˝nieniu od normalnych komó-

rek cia∏a, które zawierajà po jednym ze-
stawie chromosomów od ka˝dego ro-
dzica, organizmy partenogenetyczne
majà podwojony zestaw chromosomów
dawcy komórki jajowej. Taka duplika-
cja daje organizmowi partenogenetycz-
nemu komplet genów, ale hamuje jego
˝ywotnoÊç po implantacji do macicy. Ma
tak˝e donios∏e konsekwencje immuno-
logiczne: partenogenetyczna komórka
ES zamiast dwóch ró˝nych zestawów
antygenów (od matki i od ojca) ma tyl-

ko jeden (i jego duplikat), co radykalnie
zmniejsza liczb´ mo˝liwych kombina-
cji antygenów i u∏atwia dopasowanie do
pacjenta. Bank zawierajàcy niewiele
ponad 1000 linii partenogenetycznych
komórek ES móg∏by prawdopodobnie
dostarczyç zgodnego tkankowo mate-
ria∏u dla wi´kszoÊci obywateli Stanów
Zjednoczonych.

Okres oczekiwania na rozpocz´cie

testów jakiejkolwiek terapii z zasto-
sowaniem komórek ES u ludzi b´dzie
zale˝a∏ zarówno od rozwiàzania kwe-

stii naukowych, jak i od stanowiska po-
lityków [ramka powy˝ej]. Dobrze pozna-
ne i ∏atwe do kontrolowania neurony
produkujàce dopamin´ lub komórki na-
b∏onka barwnikowego siatkówki po-
chodzàce z komórek ES mogà byç go-
towe do badaƒ klinicznych w niespe∏na
dwa lata. Tymczasem niezwyk∏e rege-
neracyjne mo˝liwoÊci komórek macie-
rzystych z zarodków spowodowa∏y in-
tensyfikacj´ poszukiwaƒ komórek o
podobnych w∏aÊciwoÊciach w organi-
zmach dojrza∏ych, w których mia∏yby

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

61

KA

THLEEN DOOHER/HOW

ARD HUGHES MEDICAL INSTITUTE

BADANIA NAD KOMÓRKAMI MACIERZYSTYMI pochodzàcymi z do-
ros∏ego organizmu nie budzà kontrowersji i nie sà ograniczone. Ale
wszechstronnoÊç komórek macierzystych doros∏ych jest najs∏abiej udo-
wodniona. Wielu naukowców wierzy, ˝e zarodkowe komórki macie-
rzyste (ES) zwi´kszà mo˝liwoÊci leczenia wielu chorób, ale najwi´kszà
trudnoÊcià w ocenie i kontrolowaniu potencja∏u zarodkowych komórek
macierzystych jest brak swobody i niedostateczne finansowanie.

W Wielkiej Brytanii, Singapurze, Korei Po∏udniowej, Chinach, Ja-

ponii i kilku innych paƒstwach badania nad zarodkowymi komórkami
macierzystymi cieszà si´ poparciem rzàdów. Natomiast Parlament Eu-
ropejski nie zdo∏a∏ uzgodniç stanowiska w tej sprawie i na razie pozo-
stawi∏ decyzj´ w gestii paƒstw cz∏on-
kowskich. Prace nad wst´pnà wersjà
Êwiatowej konwencji, prowadzone
przez Organizacj´ Narodów Zjedno-
czonych, od dwóch lat tkwià w mar-
twym punkcie.

Badaczy ze Stanów Zjednoczonych

obejmuje cz´Êciowy zakaz wprowa-
dzony trzy lata temu przez prezyden-
ta George’a W. Busha. Ka˝dy nauko-
wiec uzyskujàcy rzàdowe finansowanie
– a zdecydowana wi´kszoÊç zarówno
na uniwersytetach, jak i w przemyÊle
otrzymuje jakiÊ grant rzàdowy – mo-
˝e pracowaç tylko na tych liniach za-
rodkowych komórek macierzystych,
które istnia∏y ju˝ w momencie og∏o-
szenia nowych przepisów w sierpniu
2001 roku. Uznanie tej regu∏y otwie-
ra drog´ do federalnych pieni´dzy, ale
w roku 2003 na badania tzw. prezy-
denckich linii komórkowych wyko-
rzystano nieca∏e 20 mln dolarów z
27-miliardowego bud˝etu National
Institutes of Health. Zdaniem wielu
naukowców jest to praktycznie ca∏ko-
wity zakaz. Obecnie dla naukowców
dost´pnych jest tylko oko∏o 15 prezy-
denckich linii. Cz´Êç z nich jest chora
i trudna do hodowli; u innych ujaw-
ni∏y si´ nieprawid∏owoÊci genetyczne. Wszystkie przebywa∏y w ho-
dowli zawierajàcej komórki mysie, mogà wi´c byç zanieczyszczone
wirusami niewyst´pujàcymi u ludzi. US Food and Drug Administra-
tion zastanawia si´ obecnie, czy zezwoliç na badania kliniczne z za-
stosowaniem tych komórek.

Od 2001 roku techniki podtrzymywania zarodkowych komórek ma-

cierzystych przy ˝yciu zosta∏y ulepszone i naukowcy oraz ich stronnicy w

Kongresie domagali si´ zezwolenia na tworzenie nowych zdrowych linii
komórkowych. Douglas A. Melton z Harvard University, ojciec dwojga
dzieci z cukrzycà typu 1, otwarcie krytykuje obecnà polityk´ i w lutym og∏o-
si∏, ˝e wykorzystujàc prywatne fundusze stworzy∏ 17 ca∏kiem nowych li-
nii komórek zarodkowych. Jego linie sà bezp∏atnie udost´pniane naukow-
com, ale wi´kszoÊci badaczy w Stanach Zjednoczonych nie staç na pójÊcie
w Êlady Meltona, który – by nie ∏amaç prawa – do pracy nad komórka-
mi ES zorganizowa∏ osobne laboratorium, gdzie najmniejsza nawet pi-
peta nie zosta∏a kupiona ze Êrodków rzàdowych.

Trend finansowania badaƒ komórek ES z prywatnych funduszy mo˝e

poszerzyç grono amerykaƒskich naukowców zajmujàcych si´ tym zagad-

nieniem. Andrew S. Grove, za∏o˝yciel
Intela, przeznaczy∏ 5 mln dolarów dla
University of California w San Franci-
sco na rzecz stworzenia nowych linii
komórek ES. Stanford University powo-
∏a∏ instytut zajmujàcy si´ badaniem ro-
li komórek ES w onkologii dzi´ki dota-
cji 12 mln dolarów od anonimowego
darczyƒcy. Howard Hughes Medical In-
stitute i Juvenile Diabetes Foundation
(Fundacja Cukrzycy M∏odzieƒczej) spon-
sorowa∏y Meltona, a Foundation for
Parkinson’s Research Michaela J. Foxa
podarowa∏a ponad 5 mln dolarów in-
stytucjom i poszczególnym naukowcom.
Ale klimat polityczny zupe∏nie odstra-
szy∏ wielu badaczy i ostudzi∏ entuzjazm
inwestorów, co uderzy∏o równie˝ w nie-
które firmy biotechnologiczne.

Jednak niektóre stany amerykaƒskie

postanowi∏y odwróciç t´ tendencj´. Wi-
zja przyp∏ywu gotówki, jeÊli badania
nad komórkami macierzystymi si´ po-
wiodà, najwczeÊniej przekona∏a Kali-
forni´, która oficjalnie wspar∏a t´ dzie-
dzin´ w roku 2002, a w listopadzie
2004 przeprowadzi referendum w spra-
wie jej dofinansowania z bud˝etu sta-
nowego w wysokoÊci 3 mld dolarów.
New Jersey do∏àczy∏o ze swym popar-

ciem w ubieg∏ym roku, przeznaczajàc dla naukowców pracujàcych w
tym stanie 50 mln dolarów w ciàgu pi´ciu lat.

Christine Soares

OD REDAKCJI: W Polsce dyskusj´ na temat etycznych i prawnych
aspektów badaƒ nad komórkami macierzystymi zainicjowa∏ minister
nauki i informatyzacji (http://www.kbn.gov.pl/komorki_macierzyste
/index. html).

DOUGLAS A. MELTON z Harvard University wyprowadzi∏
17 linii zarodkowych komórek macierzystych w laboratorium
urzàdzonym w piwnicy, finansowo niezale˝nym od jego in-
nych badaƒ sponsorowanych przez rzàd. Melton b´dzie kie-
rowa∏ nowym instytutem komórek macierzystych, na rzecz
którego Harvard zamierza zebraç 100 mln dolarów.

NAJWI¢KSZA PRZESZKODA: POLITYKA

uczestniczyç w gojeniu ran i innych pro-
cesach naprawczych.

Skóra rozpoczyna samonapraw´ na-

tychmiast po uszkodzeniu. Wàtroba cz∏o-
wieka mo˝e odbudowaç niemal po∏ow´
swojej wielkoÊci w ciàgu kilku tygodni,
nie ust´pujàc s∏ynnemu ze zdolnoÊci re-
generacyjnych ogonowi salamandry. Na-
sze krwinki czerwone sà wymieniane
na nowe w tempie 350 mln na minut´.
Wiemy, ˝e w tak szybko odtwarzajàcych
si´ tkankach muszà byç obecne prolife-
rujàce komórki macierzyste. Ich niezwy-
k∏a moc nasuwa pytanie: dlaczego inne
organy, na przyk∏ad mózg czy serce, wy-
dajà si´ niezdolne do samodzielnej na-
prawy, chocia˝ równie˝ w nich znale-
ziono ostatnio komórki uwa˝ane za
komórki macierzyste?

Ukryty potencja∏?

NAJLEPIEJ POZNANYMI

komórkami macie-

rzystymi doros∏ego organizmu sà krwio-
twórcze komórki macierzyste w szpiku
kostnym, b´dàce êród∏em ró˝nych typów
komórek krwi. Z powodu zdolnoÊci do
wytwarzania wielu typów komórek, choç-
by nawet przynale˝nych do tkanki jed-
nego tylko typu, komórki macierzyste

szpiku sà okreÊlane jako wielopotencjal-
ne. Jest nadzieja, ˝e podobnie wielopo-
tencjalne komórki macierzyste, znalezio-
ne w innych tkankach organizmu, uda
si´ wykorzystaç do naprawy uszkodzeƒ i
nie trzeba b´dzie si´gaç po ludzkie za-
rodki. A mo˝e na odkrycie czekajà doro-
s∏e komórki macierzyste o jeszcze wi´k-
szej elastycznoÊci, przypominajàcej
totipotencjalnoÊç komórek zarodkowych?

Tymczasem naukowcy zastanawiajà

si´, czy niezdolnoÊç niektórych tkanek do
regeneracji nie wynika raczej z zabloko-
wania naturalnych procesów napraw-
czych w tych tkankach, a jeÊli tak, to czy
blokad´ takà mo˝na zdjàç. Przedmiotem
sporów pozostaje pochodzenie i poten-
cja∏ ró˝nych doros∏ych komórek macierzy-
stych. Nie jesteÊmy pewni, czy tkankowo
swoiste komórki macierzyste powstajà w
obr´bie tych tkanek, czy sà potomkami
krà˝àcych krwiotwórczych komórek ma-
cierzystych. Nie wiemy tak˝e, jak bardzo
mo˝na wp∏ywaç na te komórki, by ró˝ni-
cowa∏y si´ w funkcjonalne tkanki inne ni˝
typowe dla nich oraz czy takie przeró˝-
nicowanie (transdifferentiation) uzyska-
ne w laboratorium uda si´ powtórzyç w
˝yjàcym organizmie.

Poglàd, ˝e pewne komórki macierzy-

ste doros∏ych mogà mieç potencja∏ wi´k-
szy ni˝ inne, zrodzi∏ si´ pod wp∏ywem
obserwacji, ˝e po przeszczepie szpiku
po pewnym czasie komórki dawcy znaj-
dowano w wielu tkankach biorcy. Te do-
niesienia sugerowa∏y, ˝e w odpowied-
nich warunkach komórki macierzyste
szpiku kostnego mog∏yby wspó∏tworzyç
niemal wszystkie cz´Êci cia∏a. Podobne
twierdzenia pada∏y w odniesieniu do
tzw. p∏odowych komórek macierzystych
obecnych we krwi p´powinowej, które
przypominajà krwiotwórcze komórki
macierzyste. Jednak˝e próby bezpoÊred-
niego sprawdzenia tej teorii na ˝ywych
organizmach nie przynios∏y jasnych do-
wodów takiej plastycznoÊci. W marcu
br. Leora Balsam i jej wspó∏pracownicy
ze Stanford University oraz Charles E.
Murry ze wspó∏pracownikami z Univer-
sity of Washington niezale˝nie opisali
zastosowanie precyzyjnych metod zna-
kowania komórek do uwidocznienia,
czy krwiotwórcze komórki macierzyste
wbudowujà si´ do uszkodzonego mi´-
Ênia serca, nieb´dàcego tkankà krwio-
twórczà. ˚adna z grup nie wykry∏a ko-
mórek macierzystych w nowej tkance.

62

ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004

ANDREW SWIFT

MAGAZYN KOMÓREK MACIERZYSTYCH

W SZPIKU KOSTNYM ˝yjà krwiotwórcze
komórki macierzyste, najpowszechniej
wykorzystywany model komórek
macierzystych doros∏ych. Z nich rozwijajà
si´ prekursory komórek krwi i komórek
uk∏adu odpornoÊciowego. W szpiku
znajdujemy tak˝e komórki, które sà
ucieleÊnieniem zagadek o to˝samoÊci
i zdolnoÊciach doros∏ych komórek
macierzystych. Komórki podÊcieliska dajà
poczàtek komórkom t∏uszczowym
i kostnym, a tak˝e sà prekursorami
niedawno odkrytych mezenchymalnych
komórek macierzystych i wielopotencjalnych
komórek progenitorowych doros∏ych
(MAPC – multipotent adult progenitor cells)
lub sà z nimi to˝same. Ponadto komórki
uwa˝ane za macierzyste zosta∏y odkryte
w wielu innych tkankach: mózgu, oczach,
skórze, mi´Êniach, miazdze z´bowej,
naczyniach krwionoÊnych i uk∏adzie
pokarmowym, chocia˝ naukowcy nie
umiejà stwierdziç, czy komórki te powsta∏y
w tych tkankach, czy te˝ pochodzà z krà˝àcych
krwiotwórczych komórek macierzystych.

Limfocyt T

Mezenchymalna
komórka
macierzysta

Wielopotencjalna

komórka

macierzysta

Komórka NK

Eozynofil

Erytrocyty

Krwiotwórcza
komórka
macierzysta

Komórka
podÊcieliska

Komórka
progenitorowa
szpiku

Komórka

t∏uszczowa

?

?

P∏ytki krwi

Szpik kostny

Monocyt

Bazofil

Megakariocyt

Neutrofil

Limfoidalna
komórka
progenitorowa

MAPC

Komórka

kostna

(osteoblast)

Limfocyt B

Komórka
dendrytyczna

Coraz cz´Êciej natomiast stwierdza si´
znaczny odsetek fuzji przeszczepionych
komórek macierzystych szpiku z komór-
kami serca, wàtroby i mózgu, a takie fu-
zje mogà byç mylnie uznane za komór-
ki przeró˝nicowane. W przysz∏oÊci w
badaniach potencja∏u doros∏ych komó-
rek macierzystych konieczne b´dzie od-
ró˝nianie tego efektu od rzeczywistego
wytwarzania komórek zró˝nicowanych.

Wykorzystanie tkankowo swoistych

komórek macierzystych ju˝ da∏o pewne
zach´cajàce wyniki. W niemieckim
badaniu TOPCARE-AMI pacjentom z
ci´˝kim zawa∏em mi´Ênia sercowego ich
w∏asne komórki progenitorowe serca
wstrzykiwano bezpoÊrednio do zw´˝o-
nej t´tnicy wieƒcowej. Cztery miesià-
ce póêniej rozmiary uszkodzonego ob-
szaru zmniejszy∏y si´ o blisko 36%,
zwi´kszajàc sprawnoÊç czynnoÊciowà
serca o 10%.

2

Najwi´kszà technicznà przeszkodà

do szerszego zastosowania tego typu
technik w praktyce jest niewielka liczba
komórek macierzystych, które mo˝na
uzyskaç z jakiejkolwiek doros∏ej tkan-
ki. W szpiku kostnym myszy komórki
macierzyste wyst´pujà nie cz´Êciej ni˝
jedna na 10 000 wszystkich komórek, a
u ludzi odsetek ten mo˝e byç jeszcze
ni˝szy. W przypadku wi´kszoÊci tkanek
nie potrafimy wskazaç miejsca wyst´-
powania komórek macierzystych, a
mo˝liwoÊç ich identyfikacji za pomocà
antygenów powierzchniowych lub eks-
presji charakterystycznych genów jest
ograniczona.

Doros∏e komórki macierzyste, tak

trudne do izolacji, cechujà si´ ponadto
nadzwyczaj powolnym wzrostem, a ho-
dowla ich jest bardzo pracoch∏onna. Po-
dobnie jak w przypadku zarodkowych
komórek macierzystych ciàgle niewie-
le wiemy o czynnikach kontrolujàcych
los doros∏ych komórek macierzystych,
nie wiemy te˝, czy d∏ugotrwa∏a hodow-
la mo˝e upoÊledzaç ich zdolnoÊci do od-
budowy tkanek u pacjentów.

Zamiast polowaç na komórki macie-

rzyste pacjenta w celu ich pobrania, ho-
dowli i powrotnego wszczepienia, mo˝e-
my próbowaç przywo∏ywaç je z ukrytych
zasobów cia∏a. Coraz wi´cej badaƒ do-
wodzi, ˝e komórki macierzyste – tak jak
przerzutowe komórki nowotworowe –
odpowiadajà na typowe sygna∏y che-
miczne kierujàce je do miejsc uszkodze-
nia. Jedno z nas (Rosenthal) wykaza∏o
ostatnio, ˝e komórki macierzyste myszy

sà zdolne pokonywaç du˝e odleg∏oÊci,
by dotrzeç do miejsca uszkodzenia, do-
kàd wzywa je czynnik wzrostu IGF-1
[ilustracja powy˝ej].

Wykorzystanie mo˝liwoÊci organizmu

do inicjowania regeneracji tkanki przez
komórki macierzyste b´dzie wymaga∏o
lepszego zrozumienia roli sygna∏ów
chemicznych. Rosenthal i jej wspó∏pra-
cownik Antonio Musaro` wykazali, ˝e
IGF-1 uczestniczy w przywo∏ywaniu ko-
mórek macierzystych; podejrzewamy
tak˝e, ˝e pod jego wp∏ywem niektóre
komórki z uszkodzonego obszaru od-
zyskujà w∏aÊciwoÊci komórek wielopo-
tencjalnych i rozpoczynajà ró˝nicowanie
w potrzebny rodzaj tkanki. To zjawisko,
znane jako regeneracja epimorficzna,

le˝y u pod∏o˝a zaskakujàcych zdolnoÊci
traszki i dania pr´gowanego do odtwa-
rzania ca∏ych koƒczyn i narzàdów.

Medycyna regeneracyjna dà˝y do zna-

lezienia Êrodków powodujàcych kontro-
lowane odró˝nicowanie doros∏ych tka-
nek, czyli do odwrócenia naturalnego
toru rozwojowego od komórki macie-
rzystej do komórek zró˝nicowanych.
Wielu naukowców poszukuje cudow-
nych czàstek zdolnych do wywo∏ania ta-
kiej transformacji i pewne wst´pne wy-
niki zosta∏y ostatnio opublikowane. Ale
do leczniczej regeneracji przez odró˝-
nicowanie jeszcze d∏uga droga – naj-
prawdopodobniej przez lepsze pozna-
nie samych komórek macierzystych,
zarówno doros∏ych, jak i zarodkowych.

Któr´dy dalej?

JAK TO BYWA W NAUCE

, w badaniach komó-

rek macierzystych uzyskaliÊmy wiele od-
powiedzi i postawiliÊmy jeszcze wi´cej
pytaƒ – ale post´p jest wyraêny. Wst´pne
testy przydatnoÊci ludzkich macierzystych
komórek typu doros∏ego w leczeniu cho-
rób sercowo-naczyniowych sà zach´ca-
jàce i na pewno w niedalekiej przysz∏o-
Êci doprowadzà do podj´cia badaƒ na
wi´kszà skal´. Poniewa˝ uzyskano wielce
obiecujàce wyniki doÊwiadczeƒ na zwie-
rz´tach, pilne wydajà si´ próby zastosowa-
nia pochodnych ludzkich komórek ES do
leczenia chorób neurodegeneracyjnych.

Podczas gdy êród∏o komórek do ba-

daƒ i zastosowaƒ leczniczych pozostaje
przedmiotem goràcych dyskusji, zwià-
zane z tym ograniczenia prawne spo-
walniajà post´p badaƒ. Ale wierzymy,
˝e tworzenie komórek zast´pczych i re-
generacja narzàdów sà wykonalne. Trud-
noÊci wprawdzie sà powa˝ne, ale mo˝-
liwe do przezwyci´˝enia.

n

1

W procedurze zap∏odnienia in vitro zap∏adnia si´

wiele komórek jajowych, a powsta∏e zarodki prze-
chowuje si´ i wszczepia do macicy przysz∏ej matki
podczas kolejnych prób. Pozosta∏e zarodki, tzw. za-
rodki nadmiarowe, nie zostajà wykorzystane do im-
plantacji – ich los jest przedmiotem ˝ywych spo-
rów bioetyków i autorytetów religijnych oraz
argumentem przeciw stosowaniu ca∏ej metody.

2

Dziesi´cioprocentowy wzrost dotyczy∏ tzw. frak-

cji wyrzutowej.

LIPIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

63

ANTONIO MUSARÒ

I IN.,

PNA

S

TOM

101, NR

5, S. 1206-1210, 3 II 2004 ©

N

A

T

IONAL ACADEMY OF SCIENCES, USA

Stem Cell-Mediated Muscle Regeneration Is Enhanced by Local Isoform of Insulin-like Growth Fac-

tor 1. Antonio Musaro` i in.; Proceedings of the National Academy of Sciences USA, tom 101,
nr 5, s. 1206-1210; 3 II 2004.

Regeneration of the Infarcted Heart with Stem Cells Derived by Nuclear Transplantation. Robert

Lanza i in.; Circulation Research, tom 94, nr 6, s. 820-927, 2 IV 2004.

Handbook of Stem Cells, tom 1 i 2. Red. Robert Lanza i in.; Elsevier/Academic Press, 2004.
Prometheus’s Vulture and the Stem-Cell Promise. Nadia Rosenthal; New England Journal of Me-

dicine, tom 349, nr 3, s. 267-274; 2003.

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ

KOMÓRKI MACIERZYSTE SZPIKU KOSTNEGO,
wyznakowane zielono fluoryzujàcym barwnikiem,
w´drowa∏y do mi´Ênia koƒczyny wytwarzajàcego
sygnalizujàcy uszkodzenie czynnik IGF-1 (insu-
linopodobny czynnik wzrostu 1), zagnie˝d˝a∏y si´
w ognisku uszkodzenia (strza∏ka) i rozpoczyna∏y
regeneracj´ tkanki.