Komórki macierzyste
zdolność do samoodnawiania - zdolność do odnawiania własnej populacji
zdolność do różnicowania w komórki różnych tkanek
Podział ze względu na zdolność do różnicowania:
totipotencjalne - zygota. Mogą różnicować się w struktury budujące organizm oraz struktury pozazarodkowe.
pluripotencjalne - blastocysta (węzeł zarodkowy). Nie mogą się różnicować w struktury pozazarodkowe.
multipotencjalne - listki zarodkowe. Różnicują się w komórki, które pochodzą z tego listka
unipotencjalne - róznicują się w jeden typ komórek.
Podział ze względu na pochodzenie:
1. Macierzyste komórki zarodkowe - ES
pluripotencjalne
wymagają do wzrostu fibroblastów zarodkowych. Pod wpływem mitomincyny C (?) albo promieniowania gamma zablokowaniu ulegają ich podziały. Dzięki temu komórki macierzyste mogą rosnąć (?). Wymagają też czynnika przeciwbiałaczkowego lif. Łączy się on z receptorem na powierzchni komórki i uruchamia ścieżkę zależną od kinazy JAK, która prowadzi do aktywacji czynnika transkrypcyjnego Stat3.
W stanie niezróżnicowanym utrzymują komórkę czynniki: Oct4, Nanog i Stat3.
Testy na pluripotentność:
in vivo - test na zdolność tworzenia teratom, czyli łagodnych guzów nowotworowych, mających tkanki z 3 listków zarodkowych. Jeśli są pluripotencjalne i wprowadzimy je do myszy z zaburzonym układem immunologicznym, to komórki takie wytworzą teratomy.
in vitro - test na tworzenie kul zarodkowych. W odpowiednich warunkach komórki ES tworzą kule zarodkowe, w których są komórki pochodzące z 3 listków zarodkowych.
Praca z 2001 roku pokazała, że z komórek ES można otrzymać kardiomiocyty albo przynajmniej komórki, które je przypominają. W badanych komórkach były białka transkrypcyjne charakterystyczne dla kardiomiocytów i mRNA kodujące czynniki transkrypcyjne charakterystyczne dla nich. Inna praca wykazała, że można otrzymać również oocyty. Po 12 dniach badania zaobserwowano struktury przypominające pęcherzyki jajnikowe i po analizie hormonów okazało się, że jest w nich bardzo dużo hormonów płciowych. Otoczka oocytu była zbudowana z dokładnie tych samych białek, co otoczka prawdziwego oocytu.
Cechy komórek ES:
monogenność
krótkie cykle komórkowe, bo krótka faza G1
aktywność fosfatazy alkalicznej i telomerazy. Fosfataza jest często wykorzystywana jako marker tych komórek.
specyficzne markery powierzchniowe (SSEA) i jądrowe (Oct4, Nanog, Sox2).
Zastosowanie:
badanie procesów zachodzących w rozwoju zarodkowym bez konieczności manipulowania zarodkami
badanie funkcji określonych genów
tworzenie zwierzęcych modeli chorób ludzkich
badanie toksyczności leków
w przyszłości źródło komórek do transplantacji
uzyskiwanie ES z węzła zarodkowego blastocysty, żeby obejść problem odrzutu przeszczepu - klonowanie terapeutyczne
2. Komórki macierzyste płynu owodniowego - AFS
izolowane z płynu owodniowego podczas amniopunkcji
stabilny kariotyp - mimo że szybko się dzielą, nie tracą telomerów
krótkie cykle komórkowe
długie telomery upodabniają je do komórek ES
mogą się różnicować do tkanki tłuszczowej, mięśniowej, kostnej, w komórki wątroby, kardiomiocyty, komórki naczyń krwionośnych
multipotencjalne
w warunkach in vitro różnicują się w neurony
biorą udział w formowaniu kości
3. Komórki macierzyste występujące u organizmów dorosłych - ASC
w tkankach, które charakteryzują się wysoką aktywnością: w szpiku kostnym, mięśniach szkieletowych, wątrobie, ale również w mózgu, rogówce, naskórku, sercu być może, jelicie
prawdopodobnie wszystkie nowotwory wywodzą się z komórek macierzystych
Izolacja:
niewielka liczba komórek w tkankach: najwięcej w szpiku - milion; w sercu tylko 500
trudne do wyizolowania z powodu miejsca występowania
trudne w odróżnieniu od komórek progenitorowych, które nie są już zdolne do odnawiania
ograniczony czas życia - często obumierają podczas hodowli
ograniczone zdolności do różnicowania, bo w większości są komórkami multipotencjalnymi
2 typy: HSC (komórki krwi) i MSC - mezenchymalne komórki macierzyste (kości, chrząstki, tkanka tłuszczowa)
HSC:
W wyniku napromieniowania zachodzi mieloablacja, czyli śmierć wszystkich komórek w organizmie. Jeśli napromieniuje się cały organizm z wyjątkiem kości i śledziony, jest on zdolny do przeżycia, co świadczy o tym, że w tych miejscach są komórki zdolne do odtwarzania układu hematopoetycznego. Podanie zawiesiny komórek z kości lub śledziony powoduje rekonstytucję zniszczonego układu hematopoetycznego. W śledzionie (u gryzoni) i w kości udowej (u gryzoni i ludzi) znajdują się komórki odpowiedzialne za utrzymanie układu krwiotwórczego.
Identyfikacja in vivo:
u gryzoni test kolonii śledzionowych
u ludzi i innych zwierząt test rekonstrukcji - sprawdza się, czy we krwi biorcy są komórki dawcy
źródła:
szpik (0,5 - 3%)
krew pępowinowa (0,1 - 0,5%)
mobilizowana krew obwodowa (0,05 - 0,2%)
Zastosowanie:
transplantacja szpiku w chorobach nowotworowych układu hematopoetycznego lub po radio-, chemioterapii.
Plastyczność hematopoetycznych komórek macierzystych - zdolność do różnicowania się w inne typy komórek, niż teoretycznie. Może być wynikiem:
a) fuzji komórki macierzystej z komórką ukierunkowaną tkankowo lub zróżnicowaną lub
b) zmiany w ekspresji genów indukowanych warunkami hodowli in vitro lub
c) heterogenności populacji komórek macierzystych izolowanych z organizmu.
MSC:
wyizolowane w 1966 jako komórki progenitorowe
to samo co MAPC i MPC
są adherentne i przylegają do szalki
mają wrzecionowaty kształt i przypominają fibroblasty
są zdolne do różnicowania w komórki tkanki kostnej, chrzęstnej i tłuszczowej
nie mają mrkerów charakterystycznych dla HSC, czyli CD45 i CD34
Zastosowanie:
niska immunogenność (hamują APC) , więc nie wywołują reakcji u biorcy
hamują namnażanie limfocytów
próby kliniczne: przyspieszają rekonstytucję układy hematopoetycznego; łagodzą przebieg zaburzeń mezenchymatycznych, czyli np. przyspieszają gojenie ran; tworzą środowisko, które sprzyja łagodzeniu uszkodzeń OUN.
Komórki satelitowe
Znajdują się między sarkolemmą włókna mięśniowego a błoną podstawną. Odpowiadają za wzrost i regenerację mięśni szkieletowych u dorosłych organizmów. Jeśli mięśnie są nieuszkodzone, komórki te są w stanie spoczynku. Są zdolne do odtwarzania własnej populacji. Ich markerem jest Pax7. W utrzymaniu siły i struktury mięśnia bierze udział dystrofina. Jeśli jej nie ma, mięśnie są bardzo słabe. W nowoutworzonych mięśniach występuje ekspresja dystrofiny.