CILMES ŠŪNAS: VEIDI, PIELIETOJUMI UN TO ATRAŠANAS VIETA - NEIROPSIHOLOĢIJA - 2025

Cilmes šūnas ir šūnu tips, kas dabiski atrodams visās daudzšūnu dzīvās lietās. Viņiem raksturīga īpašība diferencēties jebkura veida šūnās un sadalīties, lai iegūtu vairāk cilmes šūnu.

Šāda veida šūnas ir ļoti svarīgas jau pirms dzimšanas, jo dažas dienas pēc pievienošanās abas gametas sāk dalīties un vairoties, veidojot cilmes šūnas, kas specializējas un rada dažādus embrija ķermeņa orgānus un audus.

Cilmes šūnu ilustrācija

Cilmes šūnu nozīme slēpjas to pārsteidzošajā potenciālā attīstīties un veidot gandrīz jebkura veida šūnas. Šo spēju var izmantot bojātu vai iznīcinātu šūnu atjaunošanai un papildināšanai.

Pašlaik cilmes šūnu klīnisko pielietojumu pēta vairākās slimībās, piemēram, Parkinsona, Alcheimera slimībās vai dažos iedzimtos gadījumos. Turklāt jau ir cilmes šūnu bāzes produkti, kurus ortopēdiskajā medicīnā ir sākusi izmantot starptautiski.

Vai cilmes šūnas ir pieaugušajiem vai tikai bērniem?

Cilmes šūnas joprojām pastāv pieaugušiem indivīdiem, kaut arī mazākos daudzumos un ar mazāku potenciālu nekā embrionālā stadijā.

Šīs cilmes šūnas atrodas noteiktās struktūrās, piemēram, kaulu smadzenēs, muskuļos un smadzenēs; Pateicoties viņiem, bojātās šūnas var aizstāt, un orgāni var turpināt normāli darboties.

Kādas atšķirības viņiem ir ar cita veida šūnām?

Kopumā varētu teikt, ka cilmes šūnām ir trīs galvenās īpašības, kas tās atšķir no citām šūnām:

• Viņi var vairoties ilgu laiku.
• Viņi nav specializēti.
• Viņi var specializēties jebkura veida šūnās.

Šīs īpašības padara tās potenciāli labvēlīgas dažu slimību, piemēram, neirodeģeneratīvo slimību, ārstēšanai, ko izraisa dažu šūnu nodilums vai deģenerācija.

Šīs cilmes šūnu neticamās īpašības pirmo reizi tika izpētītas tikai pirms 35 gadiem, 1981. gadā, kad pētnieku grupa atklāja, ka cilmes šūnas ir iespējams iegūt no peles embrija.

Tikai 1998. gadā, kad pētījumus ar pelēm varēja ekstrapolēt cilvēkiem, kad pirmās cilmes šūnas tika ekstrahētas no cilvēka embrijiem un kultivētas in vitro, lai izpētītu to funkcijas un īpašības. Šīs cilmes šūnas sauc par embrionālās cilmes šūnām.

2006. gadā cilmes šūnu izpētes vēsturē notika vēl viens pagrieziena punkts, pētnieku grupa atklāja, kā dažas pieaugušo šūnas varētu ģenētiski pārprogrammēt, lai iegūtu cilmes šūnas, kuras var specializēties dažu veidu šūnās. Šāda veida cilmes šūnas sauc par inducētu pluripotentu cilmes šūnu (iPS).

Kaut arī šajos 35 gados cilmes šūnu izpētē ir panākts liels progress, joprojām ir vajadzīgi vairāk pētījumu, lai tos labāk izprastu un spētu tos izmantot jaunu terapiju izveidē un cilvēka normatīvās attīstības izpētē.

Cilmes šūnu veidi

Cilmes šūnas var plaši iedalīt kategorijās pēc to nogatavināšanas līmeņa inducētās embrionālās, augļa, pieaugušās cilmes šūnās un inducētās pluripotentās cilmes šūnās.

Turklāt ne visām cilmes šūnām ir vienāds potenciāls diferencēties jebkura veida šūnās. Atkarībā no šūnu veida, kurās cilmes šūnas var diferencēt, tās var būt:

Totipotents (vai visvarenais)

Morula, totipotentā šūna. Avots: Pidalka44 Tās var diferencēt jebkura veida šūnās. Šīs šūnas ir atrodamas tikai morulā (šūnu komplektā, kas rodas pēc divu gametu apvienošanas) un teorētiski embrijos, kaut arī embrionālās cilmes šūnas vēl nav spējušas attīstīt un izveidot visu veidu šūnu skaits.

Pluripotents

Cilvēka embriju cilmes šūnu kolonija. Avots: publiskais īpašums

Tie ir nākamais solis totipotentām cilmes šūnām un var atšķirties gandrīz jebkura veida šūnās. Embriju šūnu kultūras un inducētās cilmes šūnas ir pluripotenti.

Daudzpotenciāls

GFP pozitīvu neirālo prekursoru šūnu (zaļās krāsas) konfokālais mikrogrāfs žurku ožas spuldzē. Avots: Oļegs Tsupikovs Tās var diferencēt daudzās šūnās, bet tikai tās, kas pieder radniecīgu šūnu grupai. Piemēram, multipotentās šūnas sirdī var diferencēties tikai audos, kas veido sirdi. Šīs šūnas var savākt no augļiem.

Oligopotents

Nenobriedušas mieloīdās (oligopotentās) dendrītiskās šūnas Avots: Josefs Neumülers, Silvija Emanuela Neumüllere-Guber, Johanness Hūbers, Ādolfs Ellingers un Tomass Vāgners Tās var diferencēt vairākos šūnu veidos, piemēram, lai izveidotu vienus un tos pašus audus. Pieaugušo cilmes šūnas ir oligopotenti.

Unipotents

Hematocīti - augļa hepatolasti (tipa unipotentās cilmes šūnas). Avots: Jogaiļa universitātes Medicīnas koledžas Histoloģijas katedra. Tās var diferencēt tikai viena veida šūnās. Šīs cilmes šūnas atšķiras no parastajām pieaugušajām šūnām ar to, ka ilgstoši saglabā savu reproduktīvo īpašību (pirms diferencēšanas). Šāda veida cilmes šūnas var atrast, piemēram, dažos muskuļos.

Embrionālās cilmes šūnas

Peles embrionālās cilmes šūnas. Avots: Nacionālais zinātnes fonds

Embriju cilmes šūnas tiek ekstrahētas no embrijiem. Lielākā daļa nāk no gametām, kuras ir apaugļotas in vitro, nevis no dabiski grūtniecēm. Teorētiski tie ir totipotenti, tas ir, tie var radīt jebkura veida šūnas, lai gan šobrīd laboratorijā var kultivēt tikai dažus šūnu veidus.

Kad cilmes šūnas ir ekstrahētas, veic kultūru, kurā šūnas un barības materiālu (barotni) ievada laboratorijas traukā. Kultūrā šūnas aug un sāk dalīties, izveidojot plānu kārtu, kas stiepjas pa visu plāksnes virsmu.

Augļa cilmes šūnas

Augļa cilmes šūna. Avots: Teixeira, J., Rueda, BR un Pru, JK, Dzemdes cilmes šūnas (2008. gada 30. septembris), StemBook, ed. Cilmes šūnu pētniecības kopiena, StemBook, doi / 10.3824 / stembook.1.16.1, http://www.stembook.org.

Augļa cilmes šūnas iegūst no augļiem (no 10. grūtniecības nedēļas). Šīs šūnas var atrast lielākajā daļā augļa audu.

Šīs cilmes šūnas ir multipotentas, tas ir, tās var diferencēt dažos šūnu veidos, kas ir saistīti, piemēram, vairākos līdzīgos audos, lai veidotu vienu un to pašu orgānu.

Pieaugušo cilmes šūnas

Pieauguša cilmes šūnas mikrogrāfs ar tipiskām ultrastruktūras iezīmēm. Avots: Roberts M. Hunts, Creative Commons Attribution

Dažos pieaugušo audos, piemēram, ādā, muskuļos, zarnās un kaulu smadzenēs, ir pieaugušu cilmes šūnas, kuras var vairoties un diferencēties to pašu audu šūnās, aizstājot mirušās vai bojātās šūnas, tāpēc tie ir oligopoenti. Pieaugušās cilmes šūnas var atrast arī nabassaites asinīs.

Piemēram, kaulu smadzenēs ir asins cilmes šūnas, kas nobriest nobriedušām asins šūnām (sarkanās asins šūnas, baltas asins šūnas vai trombocīti).

Pētījumi ar šāda veida šūnām ir daudz progresējuši, un pašlaik tiek veiktas pieaugušo cilmes šūnu transplantācijas no kaulu smadzenēm vai nabassaites asinīm, lai ārstētu asins slimības, piemēram, mielodisplastiskos un mieloproliferatīvos sindromus.

Citu pieaugušu cilmes šūnu, piemēram, mezenhimālo šūnu, kas ražo šūnas no kaula, skrimšļa un taukiem, terapeitisko potenciālu pašlaik pēta, lai ārstētu tādas slimības kā artrīts.

Induktīvas pluripotentās cilmes šūnas

Induktīvas pluripotentās cilmes šūnas. Avots: Gepstein laboratorija

Induktīvās pluripotentās cilmes šūnas (iPS) jau ir specializētas pieaugušo šūnas (piemēram, no ādas), kuras in vitro ir ģenētiski pārprogrammētas, lai tām būtu embriju cilmes šūnu īpašības.

Lai pārprogrammētu pieaugušās šūnas, tās ņem no pieaugušajiem un kultivē uz šķīvja, kurā ievieto vīrusus, kas radīti laboratorijā ar specifiskiem gēniem, lai integrētos ar šūnām un modificētu to ģenētisko informāciju.

Kaut arī iPS šūnām un embrionālajām šūnām ir daudz īpašību, tās nav pilnīgi vienādas, pašlaik tiek pētītas šīs atšķirības, kā arī jaunas procedūras iPS izveidošanai.

Lai gan ir vajadzīgi vairāk pētījumu, iPS šūnas jau tiek izmantotas, lai pārbaudītu dažu zāļu iedarbību, kuras atrodas klīniskajos pētījumos un paredzams, ka tās tuvākajā nākotnē būs noderīgas transplantācijai.

IPS šūnu transplantācija šobrīd netiek veikta, jo dažos pētījumos ar dzīvniekiem ir izveidojies vēža veidojums, iespējams, sakarā ar paņēmienu, ko izmanto šūnu pārprogrammēšanai.

Cilmes šūnu kultūras

Blastocistā, iekšēji ir cilmes šūnas. Avots: Gnzlndrs

Cilmes šūnu kultūras nav 100% efektīvas, ir reizes, kad šūnas neaug un nesadalās. Kad kultūra ir bijusi efektīva, tiek ņemtas cilmes šūnu grupas un tiek izveidotas jaunas populācijas, kuras turpinās dalīties un sāks atšķirties. Cilmes šūnas var sasaldēt un uzglabāt jebkurā procesa brīdī.

Kultivēšanas laikā cilmes šūnas var spontāni sagrupēties un specializēties jebkura veida audos (muskuļos, nervos utt.). Tas, ka viņi spēj specializēties, ir pazīme, ka šūnas ir labā stāvoklī, taču ideālā gadījumā specializācijas procesu kontrolē pētnieki, lai izveidotu īpašas šūnu populācijas.

Lai kontrolētu embrionālo cilmes šūnu diferenciāciju, pētnieki modulē barotnes, kvadrāta vai pašu šūnu ķīmisko sastāvu, ievietojot tajā īpašus gēnus.

Vairāku pētījumu laikā ir izveidoti protokoli, kas norāda, kādi parametri ir jāmaina un kā to izdarīt, lai izveidotu specifiskas šūnu kultūras.

Pašlaik embriju cilmes šūnu transplantācijas cilvēkiem netiek veiktas, jo dažos pētījumos ar dzīvniekiem ir novērots, ka tie var izraisīt vēža attīstību. Joprojām tiek turpināti pētījumi, un viņiem ir liels solījums turpmākai ārstēšanai.

Cilmes šūnu procedūras

Pašlaik visvairāk izpētīto un praksē izmantoto cilmes šūnu klīniskā izmantošana ir asins cilmes šūnu (hematopoētisko) transplantācija no kaulu smadzenēm vai nabas saites. Tos izmanto asins un imūnsistēmas problēmu ārstēšanai, kā arī bojātu šūnu atjaunošanai pēc ķīmijterapijas vai staru terapijas.

Katru gadu Eiropā ar hemetapoētisko cilmes šūnu transplantāciju ārstē vairāk nekā 26 000 cilvēku. Slimības, kuras pašlaik var ārstēt ar transplantātu, ir:

Leikēmijas un limfomas

• Akūta mielogēna leikēmija.
• Akūta limfoblastiska leikēmija.
• Hroniska mielogēna leikēmija.
• Hroniska limfoblastiskā leikēmija.
• Nepilngadīgo mielomonocitārā leikēmija.
• Hodžkina limfoma.
• Ne-Hodžkina limfoma.

Slimības, kas saistītas ar kaulu smadzenēm

• Smaga aplastiska anēmija.
• Fankoni anēmija.
• Paroksizmāla nakts hemoglobinūrija.
• Tīra sarkano asins šūnu aplāzija.
• Iedzimta trombocitopēnija / amegakariocitoze.
• Mieloproliferatīvs un mielodisplastiskais sindroms.
• Multiplā mieloma.

Iedzimtas imūnsistēmas slimības

• Smags kombinēts imūndeficīts.
• Wiskott-Aldrich sindroms.

Hemoglobinopathies (sarkano asins šūnu slimības)

• Beta talasēmijas smagums.
• Sirpjveida šūnu slimība

Iedzimtas vielmaiņas slimības

• Krabbe slimība.
• Hurlera sindroms.
• Adrenoleukodistrofija.
• Metakromatiskā leikodistrofija.

Citas lietotnes

Vēl viena cilmes šūnu transplantācijas piemērošana ir ādas potzari. Iespējams, ka šī lietojumprogramma ir vecākā, kopš tā tika izmantota, pirms īsti saprata, kā cilmes šūnas darbojās.

Ādas potēšana parasti tiek veikta tikai ārkārtējos gadījumos, kad personai ir bojāti lieli ādas laukumi, piemēram, no smaga apdeguma.

Pirmais ādas transplantāts tika veikts 1970. gadā, un kopš tā laika tehnika tiek pilnveidota, lai gan vēl ir tāls ceļš ejams, jo šobrīd uzpotētā āda nespēj attīstīt matu pilnas vai sviedru dziedzerus.

Holoklārs

Jaunākais Eiropā apstiprināto cilmes šūnu pielietojums ir bijis Holoclar, kas ir līdzeklis, kas paredzēts radzenes radīto bojājumu novēršanai neatkarīgi no tā, vai tās ir brūces vai apdegumi.

Procedūra sastāv no nelielas, labā stāvoklī esošu ekstremitāšu šūnu ekstrahēšanas, kas atbild par radzenes labošanu, un kultivēšanu laboratorijā, līdz tās veido plānu radzenes slāni, ko var pārstādīt pacienta acī.

Audu reģenerācija

Citus iespējamos cilmes šūnu pielietojumus pēta klīniskajos pētījumos. Galvenie pētījumos atrastie pielietojumi ir audu un orgānu reģenerācija, traumu ārstēšana, sirds un asinsvadu slimību ārstēšana un smadzeņu slimību ārstēšana.

Cilmes šūnu izmantošana audu un orgānu reģenerācijā, iespējams, ir tā vispētītākā izmantošana. Ja orgāni vai audi tiek veidoti no cilmes šūnām, tos var pārstādīt cilvēkiem, kuriem tie nepieciešami, faktiski pirmā niere ar cilmes šūnām jau ir izveidota, un rezultāti ir daudzsološi.

Sirds un asinsvadu slimības

Ļoti iepriecinoši ir arī pētījumu rezultāti par cilmes šūnu izmantošanu sirds un asinsvadu slimību ārstēšanā.

2013. gadā pētnieku grupa no Masačūsetsas vispārējās slimnīcas (Amerikas Savienotās Valstis) izveidoja asinsvadus no cilvēka cilmes šūnu daļām, kuras tika implantētas pelēm un darbojās pareizi. Pašlaik notiek pētījumi, un viņi cenšas to droši piemērot cilvēkiem.

Smadzeņu slimības

Tiek pētīta cilmes šūnu izmantošana tādu smadzeņu slimību ārstēšanai kā Parkinsona vai Alcheimera slimības, izmantojot embrionālās cilmes šūnas to diferenciācijas potenciālam. Rezultāti izskatās daudzsološi, lai gan pētījumi joprojām ir ļoti agrīnā stadijā.

Cilmes šūnu izpēte tiek veikta ne tikai slimību ārstēšanai, bet arī tiek pētīta, lai izprastu veselīgu šūnu normālu attīstību un labāk izprastu dažus procesus, piemēram, šūnu dalīšanos un diferenciāciju.

Atsauces

1. De Luca, M. (2015. gada 1. septembris). Kādas slimības un nosacījumus var ārstēt ar cilmes šūnām? Iegūts no EuroStemCell.
2. Starptautiskā cilmes šūnu izpētes biedrība, ISSCR. (sf). Cilmes šūnu veidi. Iegūts 2016. gada 20. jūnijā no cilmes šūnu tuvākas apskates.
3. Argentīnas Republikas Zinātnes, tehnoloģijas un produktīvo jauninājumu ministrija. (sf). Iegūts 2016. gada 20. jūnijā no incucai.
4. Nacionālie veselības institūti. (2015. gada 5. marts). Informācija par cilmes šūnām. Iegūts no Nacionālajiem veselības institūtiem.
5. Schöler, HR (2007). Cilmes šūnu potenciāls: inventārs. N. Knoepffler, D. Schipanski un SL Sorgner, Humanbiotehnoloģija kā sociālais izaicinājums (28. lpp.). Ashgate Publishing.
6. Par cilmes šūnām. (sf). Cilmes šūnu procedūras. Iegūts 2016. gada 20. jūnijā no vietnes sobrecélulasmadre.com.
7. Lietošanas noteikumi Privātuma politika EEO / Apstiprinošas darbības darba devējs. (sf). Slimības, kuras var ārstēt ar transplantātiem. Saņemts 2016. gada 20. jūnijā no spēles Be Be.