10 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 1998

Hodujàc nowe ˝ycie

Badania nad komórkami macierzystymi otwierajà

obiecujàce perspektywy w transplantologii

W

iele bardzo groênych chorób zwiàzanych jest z nie-
odwracalnà degeneracjà pewnych wa˝nych rodza-
jów tkanek lub komórek, takich jak komórki wysp

trzustkowych (Langerhansa) w przypadku cukrzycy czy te˝
neurony w mózgu w chorobie Parkinsona i plàsawicy Hunting-
tona oraz w innych schorzeniach neurologicznych. Naukowcy
od dawna marzyli o hodowaniu ludzkich komórek, które mo-
g∏yby zasiedlaç i regenerowaç uszkodzone tkanki. Jednak na-
tura nie by∏a sk∏onna do wspó∏pracy. Komórki nowotworowe ∏a-
two rosnà w laboratorium, natomiast normalne, zdrowe komórki
poza organizmem szybko przestajà si´ dzieliç.

Ostatnie odkrycia naukowe rozwiàza∏y ten problem.

Naukowcy potrafià wyodr´bniç rzadki typ komórek, tzw.
komórki macierzyste, z ró˝nych wa˝nych dla organizmu tka-
nek i hodowaç je przez wiele miesi´cy. Wprowadzone do od-
powiedniej tkanki mogà odtworzyç wiele rodzajów komó-
rek normalnie tam wyst´pujàcych. Komórki macierzyste
wykryto w uk∏adzie nerwowym, w mi´Êniach, w chrzàstce
i w koÊciach. Prawdopodobnie znajdujà si´ one równie˝ w wy-
spach trzustkowych i w wàtrobie. Z nieopublikowanych prac
wynika, ˝e pewne komórki pochodzenia p∏odowego mog∏y-
by produkowaç wiele innych, specyficznych dla okreÊlonych
tkanek komórek, co zainteresowa∏o ju˝ przedsi´biorców.

Komórki macierzyste szpiku kostnego cz∏owieka, które

mogà przekszta∏ciç si´ we wszystkie rodzaje komórek krwi,
odkry∏ w 1991 roku Irving L. Weissman ze Stanford Univer-
sity. Pacjenci z chorobà nowotworowà, których szpik kostny
uleg∏ zniszczeniu na skutek stosowania silnych dawek promie-
niowania lub chemioterapii, mogà zostaç uratowani dzi´ki
transplantacji komórek pochodzàcych ze zdrowego szpiku.
Obecne w przeszczepie komórki macierzyste wytworzà bo-
wiem wszystkie rodzaje komórek krwi.

Prawdziwym jednak zaskoczeniem dla naukowców by∏o od-

krycie, ˝e komórki macierzyste znajdujà si´ równie˝ w mózgu,

gdzie mogà si´ ró˝nicowaç we wszystkie trzy rodzaje powszech-
nie tam wyst´pujàcych komórek: astrocyty, oligodendrocyty
i neurony. To odkrycie „przeczy informacjom podawanym
w podr´cznikach” – stwierdza Ronald D. G. McKay z National
Institute of Neurological Disorders and Stroke. Dowiód∏ on, ˝e
komórki macierzyste centralnego uk∏adu nerwowego „przyj-
mujà si´” w mózgu myszy. ¸agodzà one anomalie behawioral-
ne u zwierzàt tak zmienionych genetycznie, by wykazywa∏y ob-
jawy przypominajàce chorob´ Parkinsona. Powszechnie uwa˝a
si´ równie˝, ˝e komórki macierzyste wysp trzustkowych i wà-
troby nie wyst´pujà u osobników doros∏ych. Weissman twierdzi
jednak, ˝e sà dowody silnie przemawiajàce za ich istnieniem.

Chocia˝ w tkankach komórki macierzyste mogà wyst´po-

waç bardzo rzadko – jedna na kilka tysi´cy innych – dajà si´
one wyizolowaç dzi´ki wyst´pujàcym na ich powierzchni spe-
cyficznym czàsteczkom. Tak wyodr´bnione z próbki tkanki pa-
cjenta lub dawcy komórki macierzyste mogà zostaç nast´pnie
namno˝one w laboratorium. Wiele firm bada ju˝ t´ metod´.

Firma SyStemix w Palo Alto (Kalifornia), filia szwajcarskie-

go giganta farmaceutycznego Novartis, testuje techniki izola-
cji komórek macierzystych krwi ze szpiku kostnego w celu udo-
skonalenia tradycyjnych metod przeszczepiania tej tkanki.
Weissman uwa˝a, ˝e komórki te pobrane od dawcy mogà wy-
wo∏aç tolerancj´ immunologicznà u pacjenta tak˝e na inne ko-
mórki pochodzàce z tego samego êród∏a. Sugeruje, ˝e w przy-
sz∏oÊci umo˝liwià one opracowanie metod zapobiegajàcych
odrzuceniu przeszczepu. Weissman za∏o˝y∏ firm´ StemCells,

WIADOMOÂCI

I

OPINIE

19

SYLWETKA
Joel Schwartz

13 W LICZBACH
14 W SKRÓCIE

26 CYBERÂWIAT

POD LUPÑ

22

TECHNIKA I BIZNES

12

NAUKA

I LUDZIE

„PODSTAWOWE” KOMÓRKI LUDZKIE, które rozwijaç si´

mogà w wiele rodzajów tkanek, zosta∏y wyizolowane

przez Michaela Shamblotta (z lewej) i Johna D. Gearharta.

KAY CHERNUSH

Inc., b´dàcà obecnie oddzia∏em CytoThe-
rapeutics mieszczàcej si´ w Lincoln na
Rhode Island, której celem jest stworze-
nie trwa∏ych linii komórek macierzystych
ró˝nych narzàdów. Osiris Therapeutics
w Baltimore, firma, która cz´Êciowo na-
le˝y do Novartis, bada obecnie wywodzà-
ce si´ od pacjentów mezenchymatyczne
komórki macierzyste pod kàtem ich wy-
korzystania do regeneracji uszkodzonej
chrzàstki i innych tkanek.

Pochodzàce od pacjentów lub dawców

tkankowo specyficzne komórki macie-
rzyste majà jednak pewnà niedogodnà
w∏aÊciwoÊç – twierdzi Thomas B. Okarma
z firmy Geron w Menlo Park (Kalifornia).
Aby zasiedliç szpik kostny pacjenta, komórki macierzyste krwi
powinny szybko si´ dzieliç. Z ka˝dym jednak podzia∏em ma-
∏e fragmenty na koƒcach chromosomów, zwane telomerami,
ulegajà nieznacznemu skróceniu. W konsekwencji przeszcze-
pione komórki starzejà si´ przedwczeÊnie, co prawdopodobnie
ogranicza ich dalsze podzia∏y i ró˝nicowanie.

Firma Geron zamierza wi´c uzyskaç macierzyste komórki

ró˝nych tkanek z zupe∏nie innego êród∏a – z niestarzejàcych si´
pierwotnych komórek zarodkowych.

1

Okarma wierzy, ˝e te

wszechstronne komórki dadzà si´ hodowaç niezró˝nicowa-
ne przez czas nieograniczony, a nast´pnie b´dà si´ mog∏y
przekszta∏ciç w ka˝dà komórk´ organizmu. Ponadto sà one
podobne do komórek znanych u zwierzàt równie˝ jako pier-
wotne komórki zarodkowe.

2

Pierwotne komórki zarodkowe myszy sà wyprowadzone

z ˝ywych zarodków w bardzo wczesnych stadiach rozwojo-
wych. Kiedy komórki te zostanà umieszczone w rozwijajàcym
si´ zarodku, zasiedlajà wszystkie rodzaje tkanek, przekszta∏ca-
jàc si´ w komórki typowe dla miejsca, w którym si´ znalaz∏y.

3

Naukowcy w USA nie mogà wykorzystaç tej techniki do po-
zyskiwania pierwotnych komórek zarodkowych cz∏owieka
z powodu zakazów prawnych (instytucje, które zezwoli∏yby
na tego typu badania, utraci∏yby najprawdopodobniej dotacje
rzàdowe). Jednak˝e John D. Gearhart, profesor ginekologii i po-
∏o˝nictwa w Johns Hopkins University, pos∏u˝y∏ si´ innà meto-
dà pozwalajàcà uzyskaç ludzkie linie komórkowe, które jak si´
wydaje, majà cechy pierwotnych komórek zarodkowych.

Gearhart wiedzia∏, ˝e pierwotne komórki p∏ciowe wyst´-

pujàce w rozwijajàcych si´ p∏odach myszy zachowujà si´
jak typowe pierwotne komórki zarodkowe. Wraz z kolegà,
Michaelem Shamblottem, wyprowadzi∏ wi´c linie ludzkich
pierwotnych komórek zarodkowych z pierwotnych komórek
p∏ciowych; te ostatnie uzyskiwali z poronionych p∏odów. Gear-
hart bada obecnie, czy mogà one rzeczywiÊcie ró˝nicowaç si´
we wszystkie rodzaje komórek ludzkich; przeszczepia je my-
szom, które nie majà sprawnego uk∏adu odpornoÊciowego –
tworzà tam nowotwory. Na razie Gearhart ujawni∏ jedynie,
˝e zaobserwowa∏ powstawanie w guzach nowotworowych
„wielu rodzajów komórek”; zamierza opublikowaç wszyst-
kie wyniki w ciàgu najbli˝szych miesi´cy. Gdyby jednak z li-
nii komórkowych uzyskanych przez Gearharta lub innych ba-
daczy uda∏o si´ uzyskaç komórki wszystkich rodzajów tkanek,
to linie te sta∏yby si´ d∏ugowiecznym êród∏em zarówno ró˝-
nego rodzaju komórek ludzkich, jak i komórek macierzystych.

W ostatnich latach wielu badaczy wykaza∏o, ˝e metodami

in˝ynierii genetycznej mo˝na pobudziç ró˝nicowanie si´ pier-
wotnych komórek zarodkowych w okreÊlony typ tkanki. Na
przyk∏ad Loren J. Field i jego wspó∏pracownicy z Indiana Uni-
versity uzyskali komórki mi´Ênia sercowego z pierwotnych
komórek zarodkowych myszy, do których wczeÊniej wpro-

wadzili specyficzne sekwencje DNA.
Uzyskane komórki zasiedli∏y rozwijajà-
ce si´ serce. Z kolei McKay otrzyma∏
z pierwotnych komórek zarodkowych
myszy macierzyste komórki centralne-
go uk∏adu nerwowego. „Ludzkie pier-
wotne komórki zarodkowe mia∏yby
ogromne znaczenie w leczeniu chorób
cz∏owieka” – twierdzi James A. Thom-

son z University of Wisconsin.

Jak utrzymuje Okarma, firma Geron

planuje opracowanie metod, które po-
zwolà na przekszta∏cenie komórek uzy-
skanych przez Gearharta w komórki u˝y-
teczne z medycznego punktu widzenia.
Poniewa˝ otrzymane przez niego pier-

wotne komórki zarodkowe nie starzejà si´, mo˝liwa by∏aby
zmiana ich w∏aÊciwoÊci immunologicznych za pomocà in˝ynie-
rii genetycznej. Na przyk∏ad w przypadku chorych, którzy po-
trzebujà nowej tkanki nerwowej, lekarze mogliby z banku ko-
mórek wybraç takie, które „pasujà do pacjenta”, przekszta∏ciç
je w prekursorowe (macierzyste) komórki nerwowe, a nast´p-
nie umieÊciç w jego mózgu (obecnie u˝ywane sà czasami tkan-
ki p∏odowe, ale dost´p do nich jest ograniczony). Okarma przy-
puszcza, ˝e gdyby wymagano szczególnie dok∏adnego dobra-
nia tkanki, mo˝na by pos∏u˝yç si´ technikà znanà jako prze-
szczepianie jàder komórkowych w celu uzyskania tkanki im-
munologicznie identycznej z tkankà pacjenta.

Telomeraza – enzym, który chroni telomery przed skraca-

niem podczas ka˝dego podzia∏u komórki – wzbudza rów-
nie˝ zainteresowanie naukowców z firmy Geron. Na poczàt-
ku tego roku dowiedli oni, ˝e kiedy ludzkie komórki,
normalnie nie wykazujàce ekspresji telomerazy, uzyskajà jej
sztucznie aktywowany gen, to dzielà si´ w nieskoƒczonoÊç.
Badacze ci zamierzajà sprawdziç tak˝e, czy telomeraza umo˝-
liwi nieograniczonà czasowo hodowl´ specyficznych tkan-
kowo komórek macierzystych – twierdzi Okarma.

Izolowanie i hodowla komórek macierzystych ciàgle jest

ekscytujàcym przedsi´wzi´ciem. Spe∏nione powinny byç jed-
nak surowe testy bezpieczeƒstwa, zanim lekarze wprowa-
dzà pacjentowi zmodyfikowane komórki, gdy˝ nie mo˝na
wykluczyç, ˝e stanà si´ one komórkami nowotworowymi.
Ale stosowanie w przysz∏oÊci komórek macierzystych w te-
rapii staje si´ coraz bardziej oczywiste. Tymczasem firmy ta-
kie jak Geron chcà pos∏u˝yç si´ tymi komórkami w opracowy-
waniu nowych leków.

Wykorzystanie komórek macierzystych mog∏oby nawet za-

owocowaç oczekiwanà od dawna terapià genowà. Na razie
nie jest ona stosowana, poniewa˝ w praktyce trudno przenieÊç
aktywne „uzdrawiajàce” geny do dojrza∏ych komórek. Gdy-
by jednak uda∏o si´ wprowadziç takie geny tylko do kilku ko-
mórek macierzystych, to mo˝na by je hodowaç i namna˝aç.

Ile czasu up∏ynie, zanim komórki macierzyste b´dà po-

wszechnie stosowane w medycynie? Thomson nie okreÊla te-
go wyraênie. Przypuszcza jednak, ˝e „w ciàgu pi´ciu lat b´-
dziemy wiedzieli, jak tworzyç okreÊlone rodzaje komórek”.

Tim Beardsley

Przypisy t∏umacza:

1

Chodzi tu o komórki uzyskane z tzw. pierwotnych komórek p∏ciowych. Wy-

prowadzone z nich oraz z zarodków, a dok∏adniej z w´z∏ów zarodkowych bla-

stocyst (embryonic stem cells), linie komórkowe (embryonic germ cells) majà

ró˝ne pochodzenie, ale te same w∏aÊciwoÊci. ZaproponowaliÊmy wi´c (J. Kara-

siewicz i J. A. Modliƒski) nazwanie ich, niezale˝nie od pochodzenia, pierwot-

nymi komórkami zarodkowymi. (Biotechnologia 3; 84–90, 1995).

2

Mowa o komórkach wyprowadzonych z w´z∏ów zarodkowych blastocyst.

Twierdzenie autora, ˝e sà one znane u zwierzàt, jest przesadzone, gdy˝ uda∏o si´

uzyskaç je tylko u myszy.

3

Przeprowadzone w Polsce i Kanadzie badania wykaza∏y, ˝e mo˝liwe jest

uzyskanie myszy ca∏kowicie wywodzàcych si´ z tych komórek.

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 1998 11

PIERWOTNE KOMÓRKI zarodkowe

cz∏owieka wyprowadzone

z pierwotnych komórek p∏ciowych

(poÊrodku) rosnà na widocznych w tle

komórkach „od˝ywczych”.

JOHN D. GEARHART Johns Hopkins University