Biotechnologia w medycynie
regeneracyjnej i reprodukcyjnej

Kinga Kamieniarz

1

, Robert Nawrot

1

, Katarzyna Grajek

2

,

Anna GoŸdzicka-Józefiak

1

1

Zak³ad Wirusologii Molekularnej, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza,

Poznañ

2

Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii ¯ywnoœci, Akademia Rolnicza

im. Augusta Cieszkowskiego, Poznañ

Biotechnology in regenerative and reproductive medicine

S u m m a r y

Rapid progress in molecular biology, genetics, and mammalian biotechnol-

ogy has revolutionized diagnostic, therapeutic and reproductive cloning in
mammals. Recently, several human gene products have been able to be pharma-
ceutically explored in transgenic organisms and employed for medical applica-
tions.

When organs or tissues are irreparably damaged, they may be also replaced

with an artificial device or donor organ. Promising and also controversial appli-
cation for therapeutic and regenerative medicine is stem cells engineering.

Key words:
regenerative medicine, stem cells, diagnosis.

1. Wstêp

Gwa³towny rozwój w ostatnim dwudziestoleciu biologii mo-

lekularnej, genetyki, technik in¿ynierii genetycznej i biotechno-
logii, stworzy³ doskona³e podstawy do rozwoju diagnostyki i te-
rapii szeregu schorzeñ cz³owieka. Wywar³o to tak¿e ogromny
wp³yw na rozwój przemys³u farmaceutycznego. Na uwagê za-
s³uguje doskonalenie, na drodze in¿ynierii genetycznej, licznych
mikroorganizmów, zdolnych do produkcji substancji o dzia³aniu
farmakologicznym, np. antybiotyków czy cytostatyków. Mo¿liwe

P R A C E P R Z E G L ¥ D O W E

Adres do korespondencji

Anna GoŸdzicka-Józefiak,
Zak³ad Wirusologii
Molekularnej,
Instytut Biologii
Eksperymentalnej,
Uniwersytet
im. Adama Mickiewicza,
ul. Miêdzychodzka 5,
60-371 Poznañ.

2 (73) 31–48 2006

sta³o siê tak¿e konstruowanie organizmów transgenicznych zawieraj¹cych geny,
których produkty maj¹ w³aœciwoœci lecznicze, jak np. bakterie zdolne do syntezy
ludzkiej insuliny czy zwierzêta transgeniczne wykorzystywane jako bioreaktory do
produkcji bia³ek cz³owieka (1). W ten sposób uzyskano np. krowy wytwarzaj¹ce
wraz z mlekiem bia³ka cz³owieka (erytropoetynê i laktoferynê), czy owce wytwa-
rzaj¹ce mleko z czynnikami krzepliwoœci krwi (2). Produkowane zwi¹zki próbuje siê
tak¿e tak modyfikowaæ, z u¿yciem metod in¿ynierii genetycznej, aby polepszyæ ich
w³aœciwoœci farmakologiczne. Wprowadzane modyfikacje przed³u¿aj¹ trwa³oœæ wie-
lu leków, umo¿liwiaj¹ specyficzne kierowanie ich do miejsc w organizmie, gdzie za-
chodzi proces chorobowy, zwiêkszaj¹ zdolnoœæ ich pobierania przez w³aœciwe ko-
mórki oraz zmniejszaj¹ ich toksyczne dzia³anie wzglêdem prawid³owych komórek
organizmu (1,2). W wyniku rozwoju genomiki oraz bioinformatyki powsta³a rów-
nie¿ nowa ga³¹Ÿ w farmacji – farmakogenomika, pozwalaj¹ca na programowanie
i opracowanie nowych leków oraz testów genetycznych, umo¿liwiaj¹cych wczesne
rozpoznanie wielu chorób i ich leczenie na drodze terapii genowej (3).

Osi¹gniêcia w biologii molekularnej i biotechnologii maj¹ równie¿ ogromny

wp³yw na postêp w rozwoju medycyny regeneracyjnej (4,5).

2. Medycyna regeneracyjna

Regeneracja komórek krwi czy komórek nab³onkowych zachodzi podczas ca³ego

¿ycia cz³owieka. Ze znacznie mniejsz¹ czêstoœci¹ ulegaj¹ regeneracji koœci, w¹tro-
ba, miêœnie, naczynia krwionoœne, natomiast bardzo ograniczone mo¿liwoœci maj¹
komórki mózgu. Niekiedy w wyniku choroby uszkodzenie narz¹dów bywa jednak
tak du¿e, ¿e organizm nie jest zdolny do ich regeneracji i musz¹ byæ zast¹pione po-
przez transplantacjê – komórek, czêœci tkanek lub ca³ych narz¹dów. Sta³o siê to
podstaw¹ do poszukiwania nowych sposobów ich odbudowy. Rozwój medycyny re-
generacyjnej zachodzi na ró¿nych p³aszczyznach, które obejmuj¹:

– poszukiwanie czynników stymuluj¹cych organizm do samonaprawy;
– implantacjê komórek, tkanek lub narz¹dów (przeszczepy autologiczne i allo-

geniczne oraz ksenotransplantacje);

– poszukiwanie metod pozwalaj¹cych na regeneracjê starych tkanek;
– zastêpowanie brakuj¹cych tkanek lub narz¹dów materia³ami sztucznymi (4-7).

2.1. Czynniki stymuluj¹ce organizm do samonaprawy

Dla medycyny regeneracyjnej wa¿ne znaczenie ma poznanie czynników odpo-

wiedzialnych za proliferacjê komórek, ich wzrost i ró¿nicowanie. Na podstawie wy-
ników dotychczasowych badañ wskazuje siê, ¿e zdolnoœæ komórek do ró¿nicowania
siê w komórki ró¿nych typów i samoodtwarzania tkanek zale¿y od œrodowiska w ja-

Kinga Kamieniarz i inni

32

PRACE PRZEGL¥DOWE

kim siê one znajduj¹ i obecnych tam licznych czynników tworz¹cych specyficzn¹
„niszê”. Charakter tych czynników jest s³abo poznany. Niewiele wiadomo o ich wza-
jemnym oddzia³ywaniu i wspó³dzia³aniu. Wa¿ne znaczenie przypisuje siê czynni-
kom wzrostu, bia³kom bior¹cym udzia³ w przekazie sygna³u do komórki i w komór-
ce oraz bia³kom macierzy zewn¹trzkomórkowej (8). Wykazano np., ¿e oddzia³ywa-
nie bia³ek komórkowych z bia³kami macierzy zewn¹trzkomórkowej za poœrednic-
twem integryn wp³ywa na ekspresjê cz¹steczek sygna³owych BMP-4 (ang. bone mor

-

phogenic protein 4) i Wnt-1 (od nazw ang. wingless i int). Z kolei podwy¿szona ekspre-
sja Wnt-1, a obni¿ona BMP-4 sprzyja ró¿nicowaniu siê komórek w komórki nerwo-
we, natomiast wysoka ekspresja BMP-4, a niska Wnt-1 w komórki miêœniowe (8), na-
tomiast angiogeneza mo¿e byæ regulowana przez FGF2 (ang. fibroblast growth fac

-

tor), TGF beta 1 (ang. transforming growth factor beta 1), Flk1 (ang. fetal liver kinase 1),
VEGF (ang. vascular endothelial growth factor) (9,10). Czynnikiem, którego wp³yw na
wzrost i mineralizacjê koœci jest stosunkowo dobrze poznany jest ludzki hormon
wzrostu hGH (ang. human growth hormone). Wykazano, ¿e stymuluje on chondrocyty
do proliferacji przez uwalnianie insulinopodobnych czynników wzrostu oraz synte-
zê bia³ek macierzy zewn¹trzkomórkowej (g³ównie kolagenu). Ponadto ma wp³yw na
metabolizm i dynamikê miêœnia sercowego, oddzia³uje na uk³ad endokrynny i roz-
wój narz¹dów p³ciowych (11). Dlatego GH próbowano stosowaæ jako czynnik przy-
œpieszaj¹cy regeneracjê koœci, skóry, neuronów, naczyñ krwionoœnych oraz w bada-
niach nad ró¿nicowaniem siê komórek macierzystych w komórki ro¿nych typów.
Hormon ten z uwagi na wa¿ne znaczenie farmakologiczne by³ jednym z pierwszych
peptydów produkowanych metodami biotechnologicznymi na potrzeby medycyny
regeneracyjnej (2,12-14). hGH uda³o siê tak¿e otrzymaæ z wykorzystaniem transge-
nicznych zwierz¹t. Swój udzia³ maj¹ w tym równie¿ polscy naukowcy, którzy uzy-
skali transgenicznego królika, produkuj¹cego ten hormon i wydzielaj¹cego go wraz
z mlekiem (15). Nastêpnie wykazano, ¿e inne czynniki, w tym BMP (ang. bone mor-
phogenic proteins), odpowiedzialne za morfogenezê koœci oraz podobny do nich OP-1
(ang. osteogenic protein-1), stymuluj¹ gojenie siê z³amañ koœci z takim samym powo-
dzeniem jak przeszczep koœci, a czynnik 2 wzrostu keratynocytów (Repifermin)
znacznie przyspiesza gojenie siê wrzodów na nogach (16). Z kolei, bia³ko MPIF (ang.
myeloid progenitor inhibitory factor) odpowiedzialne za kontrolê produkcji komórek
krwi w organizmie cz³owieka okaza³o siê doskona³ym czynnikiem redukuj¹cym tok-
syczny wp³yw chemioterapii na komórki krwi (2,17). Obecnie bia³ka te oraz inne
czynniki o wa¿nym znaczeniu farmakologicznym s¹ produkowane metodami bio-
technologicznymi (tab. 1). Ich podawanie reguluje funkcjonowanie organizmu i znacz-
nie przyspiesza regeneracjê wielu tkanek.

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

33

T a b e l a 1

Leki produkowane metodami biotechnologicznymi (wg 2)

Produkt

Zastosowanie w leczeniu

alfa1-antytrypsyna

mukowiscydoza, rozedma

bia³ko CFTR

mukowiscydoza

alfa glukozydaza

zaburzenia w magazynowaniu glikogenu

antytrombina III

zator

kolagen

reumatyzm

hemoglobina

talasemia

czynnik VIII I IX

hemofilia

bia³ko C

regulator krzepliwoœci krwi

tPA

zawa³ serca, niedokrwistoœæ

fibrynogen

zapalenia

LDL-receptor

hipercholesterolemia

dystrofina

dystrofia miêœniowa (Duchenne’a)

laktoferyna

dodatek do pokarmów dla dzieci

przeciwcia³a

terapie antynowotworowe

antygeny

niedobory immunologiczne

enzymy (alfa galaktozydaza, glukocerebrozydaza, alfa idu-
ronidaza, beta heksoaminidaza)

niedobory enzymatyczne

hGH

terapie hormonalne

2.2. Regeneracja tkanek

Niekiedy ubytek komórek i tkanek jest tak du¿y, ¿e wymaga transplantacji czêœci

tkanek lub ca³ych organów. Dlatego jednym z celów medycyny regeneracyjnej jest
poszukiwanie sposobów syntetyzowania nowych tkanek cz³owieka poza organi-
zmem – ex vivo. Badania takie rozpoczêto od próby syntezy skóry, tak bardzo po-
trzebnej do leczenia oparzeñ, czy wrzodów powsta³ych wskutek zaka¿enia bakte-
riami, uszkodzonych i ulegaj¹cych martwicy tkanek, czêsto wystêpuj¹cych u diabe-
tyków. Skóra jest tkank¹ bardzo z³o¿on¹. Sk³ada siê z komórek ró¿nych typów, bu-
duj¹cych skórê w³aœciw¹ (dermis) oraz naskórek (epidermis). Ponadto jest trudna do
transplantacji, poniewa¿ ma w³asny uk³ad odpornoœciowy. Badania nad jej pozyska-
niem poza organizmem rozpoczêto od namna¿ania w hodowli ludzkich fibrobla-
stów, które przenoszono nastêpnie na pod³o¿e sztuczne (z³o¿one np. z polimerów
kwasu mlekowego) lub naturalne (np. ¿ele kolagenowe) zawieraj¹ce dodatkowo
cz¹steczki stymuluj¹ce wzrost i namna¿anie siê komórek, po czym hodowano
w bioreaktorze. Hodowlê tak¹ prowadzono przez kilka tygodni a¿ do uzyskania

Kinga Kamieniarz i inni

34

PRACE PRZEGL¥DOWE

tkanki przypominaj¹cej wewnêtrzn¹ warstwê skóry (dermis), któr¹ nastêpnie zamra-
¿ano i stosowano jako opatrunki w leczeniu uszkodzeñ skóry. Zamra¿anie takiego
produktu znacznie u³atwia³o jego dalsz¹ obróbkê.

Drugi z produktów skórnych jaki uda³o siê otrzymaæ zawiera³ nie tylko komórki

skóry w³aœciwej, ale tak¿e naskórka. W tym przypadku skórne fibroblasty zanurzono
w kolagenowym ¿elu, wzbogaconym w czynniki wspomagaj¹ce wzrost komórek,
który pokryto warstw¹ komórek naskórka – keratynocytów. Produkt taki implanto-
wany w uszkodzone miejsce w skórze znacznie przyspiesza³ gojenie siê rany i stop-
niowo by³ zastêpowany przez zregenerowan¹ skórê chorego. W procesie tym bior¹
udzia³ czynniki wytwarzane przez zawarte w nim komórki skóry. Ponadto chroni on
uszkodzone miejsce przed infekcj¹.

Fibroblasty, keratenocyty, jak równie¿ fragmenty tkanek pobiera siê do hodowli

w warunkach sterylnych oraz przeprowadza siê ich badania w celu wykluczenia
tych, które zainfekowane s¹ czynnikami chorobotwórczymi. Nie mog¹ byæ one tak-
¿e toksyczne dla organizmu i wywo³ywaæ odpowiedzi uk³adu odpornoœciowego
(18).

W efekcie próby uzyskania skóry ludzkiej poza organizmem zakoñczy³y siê zsyn-

tetyzowaniem w roku 1997 pó³syntetycznej skóry – TransCyte, stosowanej do le-
czenia oparzeñ, oraz Dermagraftu, wykorzystywanych w próbach klinicznych do lecze-
nia wrzodów skóry u diabetyków. TransCyte stanowi polimerow¹ b³onê, na której
hodowane s¹ ludzkie fibroblasty. Dermagraft, podobnie jak TransCyte, otrzymano
z fibroblastów pochodz¹cych z ludzkiej skóry, które hodowano na odpowiednim
rusztowaniu, utworzonym z porowatego materia³u bioabsorbuj¹cego. Z kolei z ko-
mórek ludzkiej skóry oraz komórek nab³onkowych napletka utworzono sztuczn¹
skórê, tzw. Apligraf, który zawiera komórki skóry w³aœciwej i naskórka, natomiast
brak w nim komórek uk³adu odpornoœciowego. Dlatego w trakcie leczenia nie wy-
stêpuj¹ problemy z odrzuceniem przeszczepu (7,19,20). Stworzono tak¿e po³synte-
tyczn¹ skórê o nazwie INTEGRA, gdzie jako pod³o¿e do hodowli komórek skóry wy-
korzystano ¿el kolagenowy zawieraj¹cy siarczan chondroityny. Ponadto taki pro-
dukt jest dodatkowo pokryty polimerow¹ b³on¹ zapobiegaj¹c¹ jego wysychaniu
w trakcie leczenia (21). W dalszych badaniach nad hodowl¹ ludzkich komórek i tka-
nek poza organizmem doprowadzono do stworzenia syntetycznej tkanki, o nazwie
Corticel. Zawiera ona ludzkie chondrocyty, pobrane ze z³amanych koœci, które ho-
duje siê na odpowiednim polimerowym pod³o¿u. Corticel planuje siê wykorzystaæ
do leczenia pêcherza moczowego, we wrodzonych defektach pêcherza u dzieci
i w chorobach nietrzymania moczu u doros³ych. Podobnym produktem jak Corticel
jest Chondrogel, który stanowi mieszaninê autologicznych chondrocytów hodowa-
nych na hydro¿elowym pod³o¿u. Preparaty te znajduj¹ siê obecnie w II lub III fazie
badañ klinicznych (7), a próby ich produkcji podjêto w licznych firmach biotechnolo-
gicznych na œwiecie (tab. 2).

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

35

T a b e l a 2

Preparaty produkowane przez firmy biotechnologiczne na potrzeby medycyny regeneracyjnej

Nazwa firmy biotechnologicznej

Regenerowana tkanka / organ

Produkt / nazwa produktu

tkanki i organy cz³owieka

Advanced Tissue Sciences (La Jolla, CA)

skóra

TransCyte, Dermagraft

Organogenesis (Canton, MA)

skóra

Apligraf

LifeCell (Branchburg, NJ)

skóra

Alloderm

GenzymeBioSurgery (Cambridge, MA)

chrz¹stka

Corticel

Curis (Cambridge)

chrz¹stka

Chondrogel (III faza badañ)

czynniki wzrostu

Human Genome Sciences (Rockville, MD)

uk³ad krwionoœny i immunologiczny

Repiferm (II faza badañ)

The Genetics Institute (Cambridge, MA)

regeneracja koœci

rhBMP-2 (I faza badañ)

Curis (Cambridge, MA)

regeneracja koœci

OP-1

komórki macierzyste

– badania przedkliniczne

Geron (Menio Park, CA)

ró¿ne tkanki

–

Layton Bioscience (Sunnyvale, CA)

komórki nerwowe

–

Aegera Therapeutics (Montreal, PQ, Kanada)

skóra

komórki macierzyste skóry

Ixion Biotechnologies (Alachua, FL)

trzustka

komórki macierzyste wysp trzustki

MorphoGen Pharmaceutical (SanDiego, CA)

ró¿ne tkanki

komórki pluripotencjalne („wielo-
potencjalne”)

Cell Based Delivery (Providence, RI)

serce

komórki do regeneracji miêœnia ser-
cowego

ksenotransplantacje

PPL Therapeutics (Edinburgh, UK
oraz Blacksburg, VA)

–

komórki i tkanki transgenicznych œwiñ

Biotransplant (Charlestown, MA)

–

komórki i tkanki œwiñ transgenicz-
nych wolne od wirusów RERV

macierze i biomateria³y

do hodowli

Advanced Materials Design (New York)

miêœnie i koœci

polimery do hodowli miêœni i koœci

Interpore International (Irvine, CA)

koœci

ProOsteon – szkielety korali do ho-
dowli koœci

Protein Polymer Technologies (SanDiego, CA)

–

rekombinowane polimery, hydro¿ele

Selective Genetics (SanDiego, CA)

–

macierze do przenoszenia DNA i in-
nych zastosowañ

Jako pod³o¿e do hodowli komórek i tkanek cz³owieka najczêœciej stosuje siê

poza wspomnianymi ¿elami kolagenowymi i hydro¿elami zbudowanymi z cyklicz-
nych dimerów kwasu mlekowego (polilaktyd):

Kinga Kamieniarz i inni

36

PRACE PRZEGL¥DOWE

– polimery kwasu glikolowego (poliglid);
– polimery kwasu alginowego (algininian)
oraz ró¿ne kopolimery;
– np. polietylenoglikol-poliekaprolakton-polietylenoglikol (PEG-PCL-PEG) (22-26).
Dodatkowym sk³adnikiem pod³o¿y s¹ bia³ka i czynniki wzrostu pochodz¹ce

z macierzy zewn¹trzkomórkowej tkanki ³¹cznej, krwionoœnej, nab³onka jelit (27-33).

Doskona³ym pod³o¿em do wzrostu komórek skóry jest chitozan – polikationo-

wy biopolimer, otrzymany w wyniku N-deacylacji chityny. Chityna jako homopoli-
mer jest zbudowana z N-acetyl-D-glukozoaminowych cz¹steczek po³¹czonych wi¹za-
niami beta 1-4 glikozoaminowymi (31). Chitozan ulega biodegradacji i jest nietok-
syczny dla cz³owieka i zwierz¹t.

Trójwymiarowe pod³o¿a porowate stosowane w hodowli tkankowej stanowi¹

nie tylko rusztowanie do wzrostu komórek, ale równie¿ zapewniaj¹ im dostêp czyn-
ników do tego niezbêdnych. Ponadto umo¿liwiaj¹ ró¿nicowanie siê komórek i ich
organizowanie siê w tkanki, sprzyjaj¹ rozwojowi naczyñ krwionoœnych i nie wy-
wo³uj¹ reakcji immunologicznej.

Ostatnio do regeneracji z³amañ koœci próbuje siê tak¿e wykorzystaæ szkielety

korali lub g¹bek, wszczepianych w miejsce z³amania wraz z komórkami zrêbowymi
chorego, które wydzielaj¹ czynniki stymuluj¹ce proliferacjê i ró¿nicowanie siê ko-
mórek kostnych, przyspieszaj¹c regeneracjê koœci. Koralowe protezy s¹ po kilku ty-
godniach wch³aniane przez organizm cz³owieka i zastêpowane w³aœciwymi komór-
kami buduj¹cymi koœci. Trójwymiarowe pod³o¿a utworzone ze szkieletów g¹bek
czy w³ókien kolagenowych wykorzystano równie¿ jako „pu³apki” dla wektorów (pla-
zmidowych lub wirusowych) zawieraj¹cych gen terapeutyczny – GAM (ang. gene ac-
tivated matrix), oraz leków i bia³ek, wstrzykiwanych w miejsce, które ma byæ zrege-
nerowane (34-37). Do przenoszenia leków oraz cz¹steczek DNA do komórek ssaków
wykorzystuje siê tak¿e ich mikrokapsu³kowanie chitozanem. Wydajnoœæ przenosze-
nia jest jednak bardzo niska i zale¿y od typu komórki (38). Z ró¿nymi sposobami
przenoszenia leków i genów terapeutycznych do komórek mo¿na zapoznaæ siê
w oddzielnym opracowaniu (3).

2.3. Pozyskiwanie komórek i tkanek do przeszczepów

Jeden z wa¿kich problemów w medycynie regeneracyjnej polega na pozyskaniu

do przeszczepu odpowiednich komórek czy tkanek. ród³em takich implantów s¹
komórki i tkanki w³asne biorcy (autologiczne) (39-41) lub pobrane od dawcy wyka-
zuj¹cego zgodnoœæ antygenów tkankowych z biorc¹ (przeszczepy allogeniczne) (42-44).
Du¿e nadzieje, z uwagi na trudnoœci z pozyskaniem w³aœciwego przeszczepu, wi¹¿e
siê z ksenotransplantacjami, czyli przeszczepianiem choremu cz³owiekowi komó-
rek, tkanek i organów zwierzêcych. Tkanki zwierzêce do przeszczepu po raz pierw-
szy wykorzystano w XVII w., kiedy ubytek koœci w czaszce cz³owieka zast¹piono

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

37

fragmentem koœci psa. Nastêpnie próbowano cz³owiekowi przeszczepiæ tak¿e skórê
¿aby, nerki i serce szympansów, w¹trobê oraz komórki odpornoœciowe pawiana czy
neurony œwini. Zabiegi te nie powiod³y siê w wyniku reakcji odrzucenia przeszcze-
pu oraz infekcji. Najd³u¿ej w ciele cz³owieka utrzymywa³y siê przeszczepione neu-
rony pobrane od œwini (do 7 miesiêcy), natomiast œwiñskie serce i nerki przeszcze-
pione ma³pom – odpowiednio 35 i 78 dni (45-49). Z tego te¿ wzglêdu dla kseno-
transplantacji wa¿ne znaczenie mog¹ mieæ zwierzêta transgeniczne.

Ostatnio du¿o uwagi poœwiêca siê genetycznie modyfikowanym œwiniom, których

komórki pozbawione s¹ na powierzchni alfa 1,3 galaktozylo-galaktozy (6,50). Komór-
ki takie uk³ad odpornoœciowy cz³owieka traktuje jako w³asne. Odrzucaniu przeszcze-
pów mo¿e tak¿e zapobiec zidentyfikowanie na komórkach œwiñ innych specyficz-
nych antygenów, rozpoznawanych przez ludzkie przeciwcia³a. Ich poznanie pozwoli
na wprowadzenie do genomu œwini genów, które u œwini zast¹pione bêd¹ ludzkim
antygenem lub na ich wyeliminowaniu, wprowadzaj¹c np. niszcz¹ce je enzymy. Jed-
nym ze sposobów zapobiegania odrzutom jest okrywanie przeszczepianych komó-
rek lub tkanek syntetyczn¹ b³on¹, pó³przepuszczaln¹, przez któr¹ mog¹ przedosta-
waæ siê do organizmu substancje przez nie produkowane w celu terapeutycznym, na-
tomiast jest ona nieprzepuszczalna dla komórek uk³adu odpornoœciowego biorcy.
W ten sposób komórki w¹trobowe cz³owieka (Hep G2), jak równie¿ œledziony, do-
starczaj¹ce w³aœciwych enzymów, otoczono polimerem alginino-poliL-lizyny (ALP)
przed ich wprowadzeniem do organizmu (51). Z kolei, do leczenia glejaka próbuje
siê wykorzystaæ endostatynê. Jest ona produkowana przez komórki zarodkowe nerki
cz³owieka, które otoczone ¿elem algininowym usieciowanym jonami wapnia wstrzyk-
niêto do guza mózgu u szczura i wykazano znaczny spadek jego masy oraz regresjê
nowotworu (52). Komórki jajnika chomika (CHO, ang. chamster ovary cell), wydzie-
laj¹ce apolipoproteinê E (apoE3), otoczone polimerem algininy z polilizyn¹ lub poli-
etylenoimin¹, zamierza siê zastosowaæ do leczenia mia¿d¿ycy u ludzi (53). Polimery
te s¹ równie¿ wykorzystywane do mikrokapsu³kowania komórek zwierzêcych wy-
twarzaj¹cych insulinê, w celu leczenia cukrzycy u ludzi (54,55). Innym ze sposobów
zapobiegania odrzucaniu ksenotransplantów jest tworzenie chimerycznego uk³adu
odpornoœciowego. Polega to na wprowadzeniu do organizmu cz³owieka komórek
szpiku kostnego pobranego od zwierz¹t, odpowiednio przygotowanego. Ze szpiku
usuwa siê przede wszystkim limfocyty T, krwinki czerwone oraz osocze. Dodatko-
wym problemem przy ksenotransplantacjach s¹ endogenne wirusy, które w organi-
zmach zwierzêcych nie wywo³uj¹ infekcji, natomiast po przeszczepie z ksenotrans-
plantem mog¹ byæ przyczyn¹ silnego zaka¿enia u biorcy (56-58).

W tym przypadku istotne znaczenie ma produkowanie zwierz¹t transgenicznych

wolnych od patogenów. Wa¿na jest tak¿e odpowiednia diagnostyka, pozwalaj¹ca na
szybk¹ identyfikacjê patogenów u zwierz¹t i wyeliminowanie z ksenotransplantacji
tych, które s¹ ich nosicielami.

Wiele emocji towarzyszy perspektywie zastosowania w medycynie regeneracyj-

nej komórek macierzystych (59).

Kinga Kamieniarz i inni

38

PRACE PRZEGL¥DOWE

3. Komórki macierzyste

Komórki macierzyste s¹ to totipotencjalne komórki, zdolne do podzia³ów, samo-

odtwarzania i ró¿nicowania siê w komórki ró¿nych tkanek organizmu. Wyró¿nia siê
dwa ich rodzaje:

– zarodkowe, pierwotne komórki macierzyste – wystêpuj¹ce na etapie ¿ycia

p³odowego;

– komórki macierzyste tkanek – obecne w tkankach doros³ego organizmu cz³o-

wieka (m.in. w szpiku, jelitach, naskórku, tkance nerwowej, krwi, siatkówce oka)
oraz we krwi pêpowinowej.

Najmniej ukierunkowane s¹, a przez to maj¹ najwiêcej mo¿liwoœci ró¿nicowania,

zarodkowe komórki macierzyste. W póŸniejszym okresie ¿ycia komórki macierzyste
wystêpuj¹ g³ównie w tych tkankach, w których istnieje potrzeba ci¹g³ego wytwarza-
nia nowych komórek i regeneracji tkanek.

3.1. Zarodkowe komórki macierzyste

Zarodkowe komórki macierzyste – komórki ES (ang. embryonic stem cells) mo¿na

uzyskaæ z wewnêtrznej masy komórek ICM (ang. inner cell mass) blastocysty podczas
gastrulacji. Po wyizolowaniu ICM od reszty blastocysty mo¿na j¹ utrzymywaæ w od-
powiednich po¿ywkach w niezró¿nicowanym stanie. Linie ludzkich komórek ES mo¿-
na otrzymaæ poprzez selekcjê i namno¿enie indywidualnych kolonii ICM o jedno-
rodnej i niezró¿nicowanej morfologii. Komórki ES pozostaj¹ diploidalne oraz zacho-
wuj¹ swój zarodkowy i proliferacyjny charakter w czasie wielu podzia³ów komórko-
wych w hodowli. Maj¹ one praktycznie nieograniczone zdolnoœci do samoodnowy
i ró¿nicowania, bêd¹c prekursorami wszystkich linii komórkowych doros³ego orga-
nizmu.

Zarodki potrzebne do wyhodowania komórek ES mo¿na pozyskaæ dwiema dro-

gami: w wyniku zap³odnienia komórki jajowej plemnikiem poza organizmem –
in vitro, lub metod¹ klonowania somatycznego. Klonowanie somatyczne wykonuje
siê technik¹ transplantacji j¹der komórkowych. W tym przypadku do komórki jajo-
wej, pozbawionej j¹dra komórkowego, wprowadza siê j¹dro z komórki somatycz-
nej. Otrzymane obu sposobami zarodki hoduje siê wstêpnie na odpowiednich po-
¿ywkach do stadium blastocysty, z której mo¿na nastêpnie izolowaæ wewnêtrzn¹
masê komórek (ICM) do celów terapeutycznych (klonowanie terapeutyczne). Zarod-
ki wyhodowane do stadium blastocysty w przypadku klonowania reprodukcyjnego
wprowadza siê do macicy odpowiedniej matki biorczyni w celu ich dalszego rozwo-
ju prenatalnego. Transfer j¹drowy umo¿liwia teoretycznie otrzymanie autologiczne-
go Ÿród³a w³asnych komórek ES o pe³nej zgodnoœci immunologicznej, idealnych do
terapii regeneracyjnej. We wstêpnych badaniach wykazano, ¿e izolowane z blasto-
cyst komórki macierzyste hodowane in vitro maj¹ takie same antygeny uk³adu zgod-

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

39

noœci tkankowej jak komórki osobnika, od którego pochodzi³y j¹dra komórkowe.
Stwarza to realn¹ szansê ich wykorzystania w przysz³oœci do celów terapeutycz-
nych. Wydajnoœæ tego typu klonowania jest jednak bardzo niska, a koszty ca³ej pro-
cedury bardzo wysokie. Na przyk³ad przy wykorzystaniu ok. 200 oocytów rozwija
siê najwy¿ej 30 blastocyst. Trudnoœci wynikaj¹ równie¿ ze sposobu pozyskiwania
samych oocytów. Kobiety, dawczynie oocytów, poddawane s¹ silnej stymulacji hor-
monalnej, która mo¿e byæ przyczyn¹ wielu schorzeñ w¹troby, udaru mózgu, a na-
wet nowotworów. Do koñca nie wiadomo tak¿e jakie komórki s¹ optymalne do po-
bierania j¹der komórkowych do transplantacji. Dodatkowym czynnikiem jest s³abo
poznane piêtno genomowe, warunkuj¹ce prawid³owe ró¿nicowanie siê komórek
i rozwój zarodka. Dlatego pod znakiem zapytania stoi jakoœæ otrzymywanych w ten
sposób komórek macierzystych. Ponadto klonowanie zarodków ludzkich budzi wie-
le w¹tpliwoœci i problemów natury etycznej (2,59).

3.2. Komórki macierzyste tkanek

W odró¿nieniu od komórek zarodkowych, stosowanie komórek macierzystych

uzyskiwanych od doros³ego cz³owieka w celach terapeutycznych spotyka siê z po-
wszechn¹ akceptacj¹. Wiêkszoœæ tkanek, jak wspomniano, zawiera niewielk¹ liczbê
niezró¿nicowanych komórek macierzystych, funkcjonuj¹cych jako komórki rodzi-
cielskie dla bardziej wyspecjalizowanych komórek danej tkanki. Najlepiej poznane
s¹ komórki macierzyste szpiku kostnego. Przeszczepianie szpiku jest szeroko sto-
sowanym leczeniem w wielu schorzeniach uk³adu krwiotwórczego. Do niedawna s¹-
dzono, ¿e ró¿nicowanie siê komórek jest procesem nieodwracalnym. W ostatniej
serii odkryæ podwa¿a siê jednak ten pogl¹d, wykazuj¹c, ¿e niektóre populacje ko-
mórek mog¹ siê ró¿nicowaæ w komórki swoiste dla innych tkanek. Tak na przyk³ad
z komórek szpiku kostnego uda³o siê otrzymaæ tak ró¿norodne komórki, jak: neuro-
ny, hepatocyty, komórki miêœnia sercowego czy miêœni szkieletowych (60).

Chocia¿ wiêkszoœæ badañ prowadzi siê obecnie nad komórkami macierzystymi

szpiku kostnego (g³ównie krwiotwórczymi i mezenchymalnymi), du¿ym zaintereso-
waniem ciesz¹ siê równie¿ komórki macierzyste innych tkanek (m.in. miêœni szkiele-
towych, tkanki nerwowej oraz uzyskane z krwi pêpowinowej). Spoœród komórek ma-
cierzystych tkanek najbardziej pierwotne s¹ komórki macierzyste krwi pêpowino-
wej. Do ich zalet nale¿y te¿ niskie ryzyko zanieczyszczenia patogenami i wyst¹pienia
reakcji immunologicznej oraz mo¿liwoœæ pobrania bez ryzyka dla dawcy. Z tego
wzglêdu próbuje siê leczyæ nimi bia³aczki oraz niektóre inne choroby nowotworowe,
a tak¿e anemiê aplastyczn¹ i sierpowat¹ oraz ciê¿kie niedobory odpornoœci. G³ówn¹
wad¹ krwi pêpowinowej jest stosunkowo niska liczba otrzymywanych z niej komó-
rek macierzystych, co utrudnia ich zastosowanie w leczeniu (60-63).

Kinga Kamieniarz i inni

40

PRACE PRZEGL¥DOWE

3.3. Wykorzystanie komórek macierzystych w terapii chorób cz³owieka

Mimo ¿e nasza wiedza dotycz¹ca rozwoju i ró¿nicowania siê komórek macierzy-

stych jest niewystarczaj¹ca, w wielu klinikach na ca³ym œwiecie, w tym tak¿e w Pol-
sce, przeprowadza siê ju¿ zabiegi, które maj¹ na celu regeneracjê miêœnia sercowe-
go z udzia³em tych komórek (64). Nie ma jednej procedury, ani nawet jednego
okreœlonego typu komórek stosowanych ogólnie; nikt nie potrafi te¿ do koñca
wyjaœniæ, na czym polega ich terapeutyczne dzia³anie.

Komórki miêœnia sercowego nie dziel¹ siê, dlatego obumar³e w wyniku zawa³u

lub choroby wieñcowej serca nie s¹ zastêpowane nowymi i tworz¹ tkankê nekro-
tyczn¹. Obecnie stosowane s¹ dwie g³ówne metody terapii komórkowej serca: bez-
poœrednie wstrzykiwanie komórek macierzystych do serca oraz podawanie leków
powoduj¹cych namna¿anie siê komórek macierzystych w szpiku i ich przekazywa-
nie do krwiobiegu chorego (m.in. G-CSF, stosowany równie¿ w Polsce) (65,66).

W innej proponowanej terapii komórkowej pacjentom próbuje siê wszczepiæ do

uszkodzonego miêœnia sercowego niedojrza³e komórki jego w³asnych miêœni szkie-
letowych. W przeciwieñstwie do miêœnia sercowego, miêœnie szkieletowe maj¹ zdol-
noœæ odnowy po uszkodzeniu, poniewa¿ posiadaj¹ komórki prekursorowe – mio-
blasty. Terapia komórkowa z u¿yciem mioblastów by³a poprzedzona kilkunastolet-
nimi badaniami nad zwierzêtami i zapowiada³a siê obiecuj¹co. Po zastosowaniu tej
terapii u ludzi nastêpowa³a poprawa kondycji miêœnia sercowego. W kilku przypad-
kach stwierdzono jednak, ¿e we wczesnym okresie pooperacyjnym wyst¹pi³a aryt-
mia serca. Istniej¹ przypuszczenia, ¿e komórki pochodz¹ce z miêœnia szkieletowego
mog¹ mieæ inny rytm kurczenia siê w stosunku do komórek serca (64,66-68).

Ze wzglêdów etycznych, w leczeniu pozawa³owym nie stosuje siê ludzkich za-

rodkowych i p³odowych komórek macierzystych, jakkolwiek w modelach zwierzê-
cych daj¹ one obiecuj¹ce wyniki. Wobec dostêpnoœci ró¿nych komórek ksenoge-
nicznych oraz mniejszych zagadnieñ natury etycznej towarzysz¹cych ich zastosowa-
niu, alternatywnym podejœciem w regeneracji miêœnia sercowego mo¿e byæ kseno-
transplantacja komórkowa. W tym przypadku g³ówn¹ przeszkod¹ jest jednak odpo-
wiedŸ uk³adu odpornoœciowego przeciw przeszczepowi, i aby temu zapobiec ko-
niecznoϾ zastosowania immunosupresji (61).

Zastosowanie komórek macierzystych nie ogranicza siê do leczenia pozawa-

³owego. Komórki te maj¹ bowiem potencjalnie zdolnoœæ regeneracji wszelkich tka-
nek i narz¹dów. Terapiê komórkow¹ próbuje siê zastosowaæ pomocniczo w lecze-
niu nowotworów (np. choroby Hodgkina) lub nawet jako podstawê leczenia prze-
ciwnowotworowego (np. w z³oœliwym raku nerki) (69,70). Mezenchymalne komórki
macierzyste mog¹ byæ wszczepiane lokalnie, w celu wspomagania zrostu z³amanej
koœci, w leczeniu osteoporozy oraz w przeszczepach koœci (60,71). Z kolei komplek-
sowa terapia genowo-komórkowa, z u¿yciem czynników neurotroficznych, jest jed-
n¹ ze strategii stosowanych w celu regeneracji uszkodzeñ rdzenia krêgowego oraz
mózgu w licznych schorzeniach neurodegeneracyjnych (np. choroba Parkinsona,

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

41

Alzheimera, stwardnienie rozsiane) (71). Prowadzone s¹ tak¿e intensywne badania
nad sposobem regeneracji wysp trzustkowych uszkodzonych u chorych z cukrzyc¹
(72).

Komórki macierzyste maj¹ niew¹tpliwie ogromny potencja³ terapeutyczny i bêd¹

odgrywaæ znacz¹c¹ rolê w medycynie przysz³oœci. Zanim jednak bêdziemy mogli
w pe³ni korzystaæ z ich mo¿liwoœci, nale¿y wykonaæ jeszcze wiele podstawowych
badañ.

4. Biotechnologia w medycynie reprodukcyjnej

Rozwój biologii molekularnej, genetyki oraz technik zap³odnienia in vitro stwo-

rzy³ tak¿e mo¿liwoœci otrzymywania nowych organizmów na drodze klonowania.
W wielu badaniach wskazuje siê jednak, ¿e klonowane zarodki ssacze mog¹ byæ
obarczone licznymi wadami. Wady te mo¿na wykryæ stosuj¹c przedimplantacyjn¹
diagnostykê genetyczn¹ PGD (ang. preimplantation genetic diagnosis) klonowanych za-
rodków. Dziêki tej metodzie mo¿liwe jest sprawdzenie, czy w zarodku nie wystêpuj¹
wady genetyczne, jeszcze przed wprowadzeniem go do macicy przysz³ej matki (75).
Szczególnie wa¿ne jest to w klonowaniu reprodukcyjnym dla par obarczonych wro-
dzonymi anomaliami chromosomowymi i chorobami genetycznymi (76). PGD mo¿e
te¿ okazaæ siê pomocna dla starszych kobiet planuj¹cych macierzyñstwo, u których
znacznie zwiêkszone jest ryzyko wyst¹pienia w oocytach aneuploidii chromosomo-
wej (76). W ostatnio przeprowadzonych badaniach wskazuje siê, ¿e metoda ta po-
zwala tak¿e na wykrycie dziedzicznych predyspozycji do zapadania na nowotwory,
na przyk³ad zwi¹zanych z mutacj¹ genu supresora nowotworów – p53 (76).

Pe³en cykl PGD obejmuje kilka etapów. Pierwszym jest wywiad genetyka klinicz-

nego z przysz³ymi rodzicami i przeprowadzenie odpowiednich badañ ich DNA, wy-
izolowanego z komórek krwi obwodowej. Badanie to umo¿liwia ustalenie stopnia ry-
zyka obci¹¿enia schorzeniem genetycznym przysz³ego potomstwa badanej pary. Ko-
lejnym krokiem jest pobór oocytów od kobiety poddanej hiperstymulacji hormonal-
nej i ich zap³odnienie poza ustrojem. Aktualnie stosowane s¹ dwie techniki wspo-
maganego rozrodu. Pierwsza z nich zwana IVF (ang. in vitro fertilization) polega na
zap³odnieniu komórki jajowej plemnikiem w warunkach in vitro, odpowiadaj¹cych
œrodowisku naturalnemu. Druga z metod ICSI (ang. intracytoplasmic sperm injection) to
bezpoœrednie wprowadzenie plemnika do cytoplazmy komórki jajowej. W metodzie
tej pominiête zostaj¹ procesy zwi¹zane z zap³odnieniem takie jak kapacytacja, reak-
cja akrosomalna, czy reakcja os³onki przejrzystej. W obu przypadkach trzeciego dnia
po zap³odnieniu, kiedy zarodki osi¹gaj¹ wielkoœæ 8-12 komórek, pobiera siê z nich,
metod¹ mikromanipulacji, jedn¹ lub dwie komórki, w celu wykonania analiz gene-
tycznych. Zarodki tymczasem dalej rozwijaj¹ siê w inkubatorze. Pobranie jednej lub
dwóch komórek zarodka na tym etapie rozwoju nie ma wp³ywu na jego ¿ywotnoœæ,
tempo podzia³ów, czy rozwój do stadium blastocysty (74). Po wykonaniu testów ge-

Kinga Kamieniarz i inni

42

PRACE PRZEGL¥DOWE

netycznych wybierane s¹ te z zarodków, które nie maj¹ wad genetycznych i wprowa-
dza siê je do macicy przysz³ej matki, maksymalnie po dwa z nich.

Obecnie PGD jest oferowana w ponad 20. krajach. Dziêki niej wykrywa siê znaczn¹

liczbê defektów pojedynczych genów oraz aberracje chromosomowe (tab. 3). Mo¿liwe
jest tak¿e zbadanie p³ci zarodka, jeœli istnieje ryzyko choroby zwi¹zanej z p³ci¹ (2). Do-
tychczas urodzi³o siê ponad 1000 zdrowych dzieci po zabiegach PGD, co poœrednio
potwierdza skutecznoœæ i bezpieczeñstwo stosowanych procedur (77).

T a b e l a 3

Niektóre choroby dziedziczne wykrywane w preimplantacyjnej diagnostyce genetycznej PGD (2)

Choroba dziedziczna

Nieprawid³owy gen

Mutacja

Metody detekcji

Autosomalna recesywna

mukowiscydoza

transb³onowy regulator mu-
kowiscydozy (CFTR)

delecja 3 nt

DF508 w ekso-

nie 10 genu CFTR

analiza heterodupleksów

choroba Tay-Sachsa

heksoaminidaza A

insercja 4 nt w eksonie 11

trawienie restrykcyjne; ana-
liza heterodupleksów

zespó³ Lesch-Nyhana

fosforybozylotransferaza hi-
poksantyny (HPRT)

punktowa mutacja w ekso-
nie 3

trawienie restrykcyjne

b-talasemia

b-globina

ró¿ne

punktowa mutacja w ekso-
nie 5

polimorfizm

konformacji

pojedynczej nici (SSCP);

allelospecyficzna hybrydyza-
cja oligonukleotydów

rdzeniowy

zanik

miêœni

(SMN, ang. spinal muscu-
lar atrophy)

kilka prawdopodobnych ge-
nów

delecja eksonów 7 i 8-telo-
merowej kopii SMN

trawienie restrykcyjne

Autosomalna dominuj¹ca

syndrom Marfana

fibrilina (FBN1)

nie wykryto mutacji

RT-PCR

dystrofia miotoniczna

kinaza bia³kowa miotoniny

powtórzenia CTG i powi¹za-
ny polimorfizm

elektroforeza w ¿elu i trawie-
nie restrykcyjne

pl¹sawica Huntigtona

huntingtina

powtórzenia tripletowe

fluorescencyjny PCR i anali-
za automatyczna

rodzinna polipowatoϾ gru-
czolakowata jelita grubego

APC

insercja T w eksonie 15B
i powi¹zany polimorfizm

amplifikacja ca³ego genomu
poprzez PEP, nastêpnie SSCP

Zwi¹zana z chromoso-
mem X recesywna

dystrofia miêœniowa Duchen-
ne’a

dystrofina

delecja eksonów 3-18

detekcja produktów eksonu
17

Zwi¹zana z chromoso-
mem X dominuj¹ca

zespó³ kruchego chromoso-
mu X

FMR1

powtórzenia CGG

zmodyfikowany nested PCR
i denaturuj¹cy ¿el sekwen-
cyjny

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

43

W badaniach korzysta siê z metod biologii molekularnej, genetyki i biotechnolo-

gii. Umo¿liwia to analizê kariotypów, identyfikowanie w nich zmian zarówno w licz-
bie jak i strukturze chromosomów. Najczêœciej stosowan¹ technik¹ jest porównaw-
cza hybrydyzacja genomowa CGH (ang. comparative genomic hybrydisation). W meto-
dzie tej testowany DNA oraz DNA zdrowej komórki znakuje s¹ ró¿nymi fluorochro-
mami, (np. czerwonym i zielonym), i hybrydyzuje z DNA chromosomów metafazo-
wych z komórki prawid³owej. Analiza powsta³ych hybrydów pozwala na ocenê
zmian w ca³ym zestawie chromosomów równoczeœnie (74,78).

W celu zbadania p³ci oraz wad chromosomowych w PGD stosowana jest równie¿

metoda fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ-FISH (ang. fluorescence in situ hybridisa

-

tion), z u¿yciem sond molekularnych znakowanych fluorochromami, specyficznych
dla okreœlonych chromosomów lub sekwencji DNA na danym chromosomie (73). Do
badania mutacji w pojedynczych genach, odpowiadaj¹cych za powstawanie dzie-
dzicznych chorób genetycznych, u¿ywana jest metoda ³añcuchowej reakcji polime-
razy PCR (ang. polymerase chain reaction) wraz z analiz¹ heterodupleksów oraz SSCP
(ang. single-strand conformation polymorphism) i RFLP (ang. restriction fragment length
polymorphism) (tab. 3).

Obecnie opisano prawie 600 chorób genetycznych (2).
W przypadku choroby zwi¹zanej z chromosomem matczynym X, efekt fenotypo-

wy pojawia siê tylko u p³ci mêskiej (XY), natomiast zdrowe s¹ zarodki ¿eñskie,
maj¹ce jeden prawid³owy allel ojcowski i drugi obarczony wad¹ genetyczn¹ od mat-
ki (XX), jednak s¹ one nosicielami nieprawid³owego allelu. W takim przypadku do
macicy przenoszone s¹ tylko zarodki p³ci ¿eñskiej.

Poznano tak¿e wiele chorób zwi¹zanych z nieprawid³ow¹ struktur¹ genów zlo-

kalizowanych na chromosomach autosomalnych.

Pierwszym takim defektem genowym, który uda³o siê z sukcesem wykryæ, by³a

trójnukleotydowa delecja

DF508 w eksonie 10. genu koduj¹cego bia³ko kana³u chlor-

kowego komórek nab³onkowych – CFTR (ang. cystic fibrosis transmembrane regula-
tor), bêd¹cego przyczyn¹ najczêstszej choroby autosomalnie recesywnej – muko-
wiscydozy (tab. 3). Metod¹ u¿yt¹ w tym przypadku by³a analiza heterodupleksów
(74).

Diagnostykê przedimplantacyjn¹ nale¿y odró¿niæ od konwencjonalnych badañ

prenatalnych, podczas których badania genetyczne wykonuje siê na komórkach p³o-
du pobranych wraz z p³ynem owodniowym podczas zabiegu amniocentezy dopiero
oko³o 15. tygodnia ci¹¿y lub z komórek pobranych z kosmków kosmówki CVS (ang.
chorionic villus sampling) oko³o 11. tygodnia (2). Uwa¿a siê, ¿e dziêki PGD wiele par
mo¿e unikn¹æ dylematów i cierpieñ wywo³anych trudn¹ decyzj¹ przerwania lub po-
zostawienia zaawansowanej ci¹¿y, gdzie u p³odu wykryto wadê genetyczn¹. Prze-
dimplantacyjna diagnostyka genetyczna wzbudza jednak wiele w¹tpliwoœci etycz-
nych. Chrzeœcijanie uwa¿aj¹, ¿e ¿ycie ludzkie rozpoczyna siê w chwili zap³odnienia,
st¹d niedopuszczalne jest odrzucanie zarodków, nawet tych z wykryt¹ wad¹ gene-
tyczn¹. W wielu krajach europejskich sugeruje siê, ¿e technika ta mo¿e byæ u¿yta

Kinga Kamieniarz i inni

44

PRACE PRZEGL¥DOWE

w celach eugenicznych. Prowadzi to do uchwalania restrykcyjnych aktów prawnych
i moratoriów na u¿ycie PGD (61,74).

Innymi czynnikami ograniczaj¹cymi rozwój PGD s¹ wysokie koszty przeprowa-

dzenia zap³odnienia in vitro oraz stosunkowo niski wspó³czynnik ci¹¿ po transferze
prawid³owych zarodków do macicy (61). Wydaje siê jednak, ¿e rozwój przedimplan-
tacyjnej diagnostyki genetycznej bêdzie postêpowa³ wraz z coraz wiêkszym jej upo-
wszechnieniem oraz zwiêkszeniem liczby centrów, w których mo¿e byæ wykonywa-
na, przez co ma szansê staæ siê alternatywnym podejœciem do diagnostyki prenatal-
nej (74,79).

5. Uwagi koñcowe

Postêp w rozwoju metod biotechnologii oraz in¿ynierii genetycznej, zabiegi ge-

netyczne na oocytach, jak równie¿ mo¿liwoœci ich zap³odnienia pozaustrojowego
stworzy³y tak¿e podstawy do podjêcia prób nad klonowaniem komórek cz³owieka.
Badania takie ze wzglêdów etycznych budz¹ du¿y sprzeciw spo³eczny i wiele krajów
zabroni³o prawnie ich prowadzenia. Mimo to w kilku krajach próby takie, w celu po-
zyskania nie tylko ludzkich komórek macierzystych do celów terapeutycznych, ale
równie¿ w celach reprodukcyjnych, by³y podejmowane.

Dlatego wa¿nym zagadnieniem dla medycyny regeneracyjnej sta³o siê poznanie

czynników stymuluj¹cych komórki tkanek do samoodnowy oraz opóŸniaj¹ce proces
starzenia siê organizmu cz³owieka. Jednym ze sposobów, jakie w tym celu próbuje
siê wykorzystaæ, jest podawanie czynników, których produkcja zaczyna z wiekiem
zanikaæ. W tym celu stosuje siê ludzki hormon wzrostu, insulinopodobny czynnik
wzrostu, zastêpcz¹ terapiê hormonaln¹ dla kobiet, jak równie¿ podawanie testoste-
ronu i jego pochodnych.

Mimo ogromnego postêpu biotechnologii w medycynie, wiele tkanek i narz¹-

dów cz³owieka nie da siê jednak usprawniæ z u¿yciem opisanych metod, tote¿ po-
mocne s¹ w tym przypadku sztuczne implanty. O ile jednak z du¿ym powodzeniem
stosuje siê sztuczne têtnice z poliestru czy endoprotezy z tytanu lub ceramiki, to
zast¹pienie implantami w¹troby b¹dŸ œledziony jest niemo¿liwe. W sytuacjach ta-
kich uszkodzone narz¹dy bêdzie mo¿na, zapewne, w przysz³oœci odbudowaæ, sto-
suj¹c podawanie komórek macierzystych. Niewykluczone, ¿e w podobny sposób zo-
stanie podjêta regeneracja tak¿e innych narz¹dów i tkanek.

Literatura

1.

Chmiel A., (2002), Biotechnologia, 4, (59), 56-78.

2.

Illmensee K., (2002), Differentiation, 69, 167-173.

3.

Szala S., (2003), Terapia genowa, PWN, Warszawa.

4.

Stocum D. L., (2002), J. Musculoskelet. Neuronal Interact., 2(3), 270-273.

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

45

5. Petit-Zeman S., (2001), Nature Biotechnology, 3 (19), 201-206.
6. Fodor W. L., (2003), Reprod. Biol. Endocrinol., 13 (1), 102-113.
7. Mironov V., Visconti R. P., Markwald R. R., (2004), Expert Opin. Biol. Ther., 4(6), 73-81.
8. Czy¿ J., Wobus A. M., (2001), Differentiation, 68, 167-174.
9. Conconi M. T., Nico B., Mangieri D., Tommasini M., di Liddo R., Parnigotto P. P, Nussdoref G. G., Ri-

batti D., (2004), Anat. Rec. A. Discov. Mol. Cel. Evol. Biol., 281(2), 1303-1307.

10. Yamashita J., Itoh H., Hirashima M., Ogaw M., Nishikawa S., Yurugi T., Naito M., Nakao K., Nishika-

wa S., (2000), Nature, 2(408), 92-96.

11. Obrêpalska-Stêplowska A., Durzyñski £., GoŸdzicka-Józefiak A., (2005), Postêpy Biochemii, 1(51),

69-79.

12. Knematsu A., Yamamoto S., Ozeki M., Noguchi T., Kanatani I., Ogara T., Tabata Y., (2004), Biomate-

rials, 25 (18), 4513-4520.

13. Salgado A. J., Coutinho O. P., Reis R. L., (2004), Macromol. Biosci., 4 (8), 743-765.
14. Ripamonti U., Tasker J. R., (2000), Curr. Pharm. Biotechnol., (1), 47-55.
15. Lipinski D., Jura J., Kalak R., Plawski A., Kala M., Szalata M., Jarmus M., Korcz A., S³omska K., Jura J.,

Gronek P., Smorag Z., Pienkowski M., S³omski R., (2003), J. App. Genet., 44(2), 165-174.

16. Saito N., Takaoka K., (2003), Biomaterials, 24(13), 2287-2293.
17. Nardelli B., Morahan D. K., Bomg G. W., Semenuk M. A., Kreider B. L., Garotta G., (1999), J. Leukoc.

Biol., 65(6), 822-828.

18. Griffith L. G., Naughton G., (2002), Science, 295, 1009-1013.
19. Eaglstein W. H., Falanga V., (1998), Adv. Wound Care, 11, 1-8.
20. Bello Y. M., Falabella A. F., Eeaglstein W. H., (2001), Am. J. Clin. Dermatol., 2(5), 305-313.
21. Kremer M., Lang E., Berger A. C., (200), Br. J. Plast. Sur., 5396, 459-465.
22. Kim J. H., Bac Y. H., (2004), Eur. J. Pharm. Sci., 23(3), 245-251.
23. Hwang M. J., Suh J. M., Bac Y. H., Kim S. W., Jeony B., (2005), Biomacromolecules, 6(2), 885-890.
24. Najafi F., Sarbolouki M. N., (2003), Biomaterials, 24(7), 1175-1182.
25. Chu C. R., Coutts R. D., Yoshioka M., Harwood F. L., Monosow A. Z., Amiel D., (1995), J. Biomater.

Res., 29 (9), 1147-1154.

26. Takezawa T., Ozaki K., Nitani A., Takabayashi Ch., Shimo-Oka T., (2004), Cell Transplant, 13,

463-473.

27. Jeringan T. W., Croce M. A., Cagiannos C., Shell D. H., Handorf C. R., Fabian T. C., (2004), Ann.

Surg., 239(5), 733-738.

28. Compton C. C., Butler C. E., Yannas I. V., Warland G., Orgill D. P., (1998), J. Invest. Dermatol.,

110(6), 908-916.

29. Butler C. E., Yannas I. V., Compton C. A., Orgill D. P., (1999), Br. J. Plast. Surg., 52(2), 127-132.
30. McDevitt C. A., Wildey G. M., Cutrone R. M., (2003), J. Biomed. Mater. Res. A., 67(2), 637-640.
31. Berger J., Reist M., Mayer J. M., Felt O., Gurny R., (2004), Eur. J. Pharm. Biopharm., 57(1), 35-52.
32. Haque T., Chen H., Ouyang W., Martoni C., Lawuyi B., Urbanska A. M., Prakash S., (2005), Mol.

Pharm., 2(1), 29-36.

33. Varshosaz J., Sadrai H., Alingari R., (2004), J. Microencapsul., 21(7), 761-774.
34. Pratt A. B., Weber F. E., Schmoekel H. G., Muller R., Hubbell J. A., (2004), Biotechnol. Bioeng., 86(1),

27-36.

35. Tieliewuhan Y., Hirata I., Sasaki A., Minagi H., Okazaki M., (2004), Dent Mater J., 23(3), 258-264.
36. Gu D. L., Nguyen T., Gonzalez A. M., Printz M. A., Pierce G. F., Sosnowski B. A., Phillips M. L., Chan-

dler L. A., (2004), Mol. Ther., 9(5), 699-711.

37. Backstrom K. C., Bertone A. L., Wisner E. R., Weisbrode S. E., (2004), Am. J. Vet. Res., 65(9),

1223-1232.

38. Daston T., Turank K., (2004), J. Pharm Sci., 7(2), 205-214.
39. Grande D. A., Pitman M. J., Peterson L., Menche D., Klein M., (1999), J. Orthop. Res., 7, 208-218.
40. King P. J., Bryant T., Minas T., (2002), J. Knee Sur., 15, 177-184.
41. Peterson L., Brittberg M., Kiviranta J., Akerlund E. L., Lindahl A., (2002), Am. J. Sports. Med., 30,

2-12.

Kinga Kamieniarz i inni

46

PRACE PRZEGL¥DOWE

42. Pereti G. H., Caruso E. M., Randolph M. A., Zaleske D. J., (2001), J. Orthop. Res., 19, 278-285.
43. Briscoe D. M., Dharnidharka V. R., Isaacs C., Downing G., Prasky S., Shew P., Parentean N. L., Hardin

Young J., (1999), Transplantation, 67, 1590-1599.

44. Watanabe T., Kawano Y., Watanabe A., Tahane Y., (1999), Haematology, 7, 137-143.
45. Moscos I., Hermida-Prieto M., Manez R., Lopez-Pelaez E., Centeno A., Diaz T. M., Domenech N.,

(2005), Transplantation, 29(7), 777-782.

46. Platt I. J., (2000), Transpl. Int. Suppl., 1.S, 7-10.
47. Dai Y., Vaught T. D., Booke J., Chen S. H., Phelps C. J., Ball S., Monahan J. A., Jobst P. M., McCreath

K. J., Lambom A. E., Cowell-Lucero J. L., Wells K. D., Odman A., Polejaeva I. A., Agares D. L., (2002),
Nature Biotechnol., 20, 251-255.

48. Fodor W. L., Williams B. L., Matis L. A., Madri J. A., Rollins S. A., Knight J. W., Velander W., (1994),

Proc. Natl. Acad. Sci., 94, 11153-11157.

49. Lai L., Kolberg-Simonds D., Park K. W., Cheong H. T., Greenstein J. L., Im G. S., Samuel M., Bonk A.,

Murphy C. N., Carter D. B., Hawley R. J., Prather R. S., (2002), Science, 295, 1089-1092.

50. Yu L., Miao H., Guol L., (2005), DNA Cell Biol., 24 (3) 180-188.
51. Aoki T., Umekara Y., Ferraresso C., Sugiyama N., Middleton Y. A., Inderbritzin D., Demetrion A. A.,

Rozga J., (2002), Cell Transplant., 11(6), 553-561.

52. Bjerkvig R., Read T. A., Vajkoczy P., Aebiscer P., Pralony W., Pratt S., Melvik J. E., Hagen A., Dornish

H., (2002), Acta Neurochir. Suppl., 88, 131-141.

53. Tagalakis A. D., Diakonov J. A., Graham I. R., Heald K. A., Harris J. D., Mulcaty J. V., Dickson G.,

Owen J. S., (2005), Biochim. Biophys. Acta, 1686(3), 190-199.

54. Schaffellner S., Stadlbauer V., Stiegler P., Hauser D., Halwachs G., Lackner C., Iberer F., Tsche-

liessnigy K. H., (2005), Transplant. Proc., (3791), 248-252.

55. Or³owski T. M., Godlewska E., Tarchalska M., Kiniasiewicz J., Antosiak M., Sabbat M., (2005), Arch.

Immunol. Ther. Exp., 53(2), 180-184.

56. Levy M. F., Crippin J., Sutton S., Netto G., McCormack J., Curiel T., Goldstein R. M., Newman J., Dia-

mond L. E., Byrne G., Logan J., Klintmalm G. B., (2000), Transplantation, 69, 272-280.

57. Switzer W. M., Steinhoff G., Kiessig V., Chikobava M., Anssar M., Morschheuser T, Lapin B., (1998),

Transpl. Int., 11, 247-251.

58. Martin V., Steinhoff G., Kiessig V., Chikobava M., Anssar M., Morschheuser T., Lapin B., (1998),

Transpl. Int., 11, 247-251.

59. Malcom R. A., Poulsom R., Forbes S., Wright N. A., (2002), J. Pathol., 197, 419-423.
60. Sylvester K. G., Longaker M. T., (2004), Arch. Surg., 139, 93-99.
61. Xia Y., Min J., Morgan J. P., (2004), Annals Thor. Surg., 77, 737-744.
62. Kyba M., Daley G. Q., (2003), Exp. Hematology, 31, 994-1006.
63. Orlic D., Kajstura J., Chimenti S., Jakoniuk I., Anderson S. M., Li B., Pickel J., McKay R., Nadal-Ginard

B., Bodine D. M., Leri A., Anversa P., (2001), Nature, 410, 701-701.

64. Siminiak T., Kurpisz M., (2003), Circulation, 108, 1167-1171.
65. Balsam L. B., Wagers A. J, Christensen J. L, Kofidis T., Weissman I. L, Robbins R. C., (2004), Nature,

428, 668-673.

66. Murry C. E., Soonpaa M. H., Reinecke H., Nakajima H., Nakajima H. O., Rubart M., Pasumarthi K. B.,

Virag J. I., Bartelmez S. H., Poppa V., Bradford G., Dowell J. D., Williams D. A., Field L. J., (2004), Na-
ture, 428, 664-668.

67. Chien K. R., (2004), Nature, 428, 607-608.
68. Couzin J., Vogel G., (2004), Science, 304, 192-194.
69. Schmitz N., Sureda A., (2004), Semin. Oncol., 31, 27-32.
70. Fishman M. N., Antonia S. J., (2003), Expert Rev. Anticancer Ther., 3(6) 837-849.
71. Gamradt S. C., Lieberman J. R., (2003), Clin Orthop., 417, 183-194.
72. Hendriks W. T., Ruitenberg M. J., Blits B., Boer G. J., Verhagen J., (2004), Prog. Brain Res., 146,

451-476.

73. Soria B., (2001), Differentiation, 68, 205-219.
74. Brown K., (2001), Genomy, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

Biotechnologia w medycynie regeneracyjnej i reprodukcyjnej

BIOTECHNOLOGIA 2 (73) 31-48 2006

47

75. Handyside A. H., Delhanty J. D., (1997), Trends Genet., 13(7), 270-275.
76. Kuliev A., Verlinsky Y., (2003), Curr. Opin. Obstet. Gynecol., 15(3), 233-238.
77. Rechitsky S., Verlinsky O., Chistokhina A., Sharapova T., Ozen S., Masciangelo C., Kuliev A., Verlin-

sky Y., (2002), Reprod. Biomed. Online, 5(2), 148-155.

78. Wells D., Sherlock J. K., Handyside A. H., Delhanty J. D. A., (1997), Nucleic Acids Res., 27(4),

1214-1218.

79. Kuliev A., Verlinsky Y., (2004), Reprod. Biomed. Online, 8(2), 229-235.
80. Kuliev A., Verlinsky Y., (2002), Reprod. Biomed. Online, 5(3), 294-299.

Kinga Kamieniarz i inni

48

PRACE PRZEGL¥DOWE