Őssejt - Stem cell

Őssejt
MSC nagy nagyítás.jpg
Részletek
Azonosítók
latin Cellula praecursoria
Háló D013234
TH H1.00.01.0.00028, H2.00.01.0.00001
FMA 63368
Anatómiai terminológia

A többsejtű élőlények , őssejtek kerülnek differenciálatlan vagy részlegesen differenciálódott sejtek , amelyek képesek differenciálódni különböző típusú sejtek és proliferálódnak végtelenségig, hogy több azonos őssejt. Ők a sejtvonal legkorábbi sejtfajtái . Embrionális és felnőtt szervezetekben egyaránt megtalálhatók , de mindegyikben kissé eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Általában megkülönböztetik őket az őssejtektől , amelyek nem osztódhatnak korlátlanul, és a prekurzor vagy robbanássejtektől, amelyek általában elkötelezettek egy sejttípusra való differenciálódás iránt.

A emlősök , durván 50-150 sejtek teszik ki a belső sejttömeg során blastocysta szakaszában az embrionális fejlődés, körül nap 5-14. Ezek őssejt képességgel rendelkeznek. In vivo végül a test összes sejttípusába differenciálódnak ( pluripotenssé téve őket ). Ez a folyamat a gasztrulációs szakaszban a három csíraréteg - az ektoderma , a mezoderma és az endoderma - differenciálódásával kezdődik . Ha azonban izolálják és in vitro tenyésztik , akkor az őssejt stádiumban tarthatók, és embrionális őssejtek (ESC) néven ismertek .

Felnőtt őssejtek találhatók a test néhány kiválasztott helyén, úgynevezett fülkékben , például a csontvelőben vagy az ivarmirigyekben . Léteznek a gyorsan elveszett sejttípusok pótlására, és multipotensek vagy unipotensek, vagyis csak néhány sejttípusra vagy egy sejttípusra differenciálódnak. Emlősökben, ezek közé tartozik, többek között, a hematopoietikus őssejtek , amelyek Replenish vér és immunsejtek, bazális sejtek , amelyek fenntartják a bőr hám , és mezenchimális őssejtek , amelyek fenntartják a csont, porc , izom és a zsír sejtek. A felnőtt őssejtek a sejtek kis kisebbsége; nagymértékben felülmúlják őket az őssejtek és a véglegesen differenciált sejtek, amelyekre differenciálódnak.

Az őssejtek kutatása Ernest McCulloch , James Till és Andrew J. Becker kanadai biológusok eredményeiből nőtt ki a Torontói Egyetemen az 1960 -as években. 2016-tól az egyetlen megalapozott orvosi kezelés őssejt van a vérképző őssejt-transzplantáció , ősbemutatója 1958-ban a francia onkológus Georges Mathé . 1998 óta azonban lehetséges az emberi embrionális őssejtek tenyésztése és differenciálása ( őssejtvonalakban ). Ezen sejtek izolálásának folyamata ellentmondásos volt , mivel jellemzően az embrió megsemmisítését eredményezi. Egyes európai országokban és Kanadában korlátozták az ESC -k elszigetelésének forrásait , de mások, például az Egyesült Királyság és Kína, előmozdították a kutatást. A szomatikus sejtek nukleáris transzferje egy klónozási módszer, amellyel klónozott embriót lehet létrehozni az embrionális őssejtjeinek őssejt -terápiában való felhasználásához. 2006 -ban egy japán csapat Shinya Yamanaka vezetésével felfedezett egy módszert, amellyel az érett testsejteket vissza lehet alakítani őssejtekké. Ezeket indukált pluripotens őssejteknek (iPSC) nevezték .

Történelem

Az őssejt kifejezést Theodor Boveri és Valentin Haecker alkotta meg a 19. század végén. A véres őssejtek elméletében úttörő munkákat végeztek a 20. század elején Artur Pappenheim , Alexander Maximow , Franz Ernst Christian Neumann .

Az őssejt legfontosabb tulajdonságait először Ernest McCulloch és James Till határozta meg a Torontói Egyetemen a hatvanas évek elején. Egereken végzett úttörő munkájuk során fedezték fel a vérképző őssejteket, a vérképző őssejteket (HSC). McCulloch és Till kísérletsorozatba kezdett, amelyben csontvelősejteket injektáltak besugárzott egerekbe. Megfigyelték az egerek lépében lévő csomókat, amelyek lineárisan arányosak az injektált csontvelősejtek számával. Feltételezték, hogy minden csomó (kolónia) egyetlen velősejtből (őssejt) származó klón. A későbbi munkában McCulloch és Till, Andrew John Becker végzős hallgató és Louis Siminovitch vezető tudós csatlakoztak , megerősítették, hogy minden csomó valójában egyetlen sejtből származik. Eredményeiket 1963- ban publikálta a Nature .

Az első őssejteket alkalmazó terápia egy csontvelő -transzplantáció volt , amelyet Georges Mathé francia onkológus végzett 1958 -ban a jugoszláviai Vinča Nuclear Institute öt dolgozóján, akiket kritikus baleset ért . A munkások mind életben maradtak.

1981 -ben Martin Evans és Matthew Kaufman brit biológusok először izolálták és sikeresen tenyésztették egér blasztociszták segítségével az embrionális őssejteket (ES) . Ez lehetővé tette egér genetikai modellek kialakulását, egy olyan rendszert, amelyben az egerek génjeit törlik vagy megváltoztatják annak érdekében, hogy tanulmányozzák funkciójukat a patológiában. 1998 -ra James Thomson amerikai biológus először izolálta az embrionális őssejteket , ami lehetővé tette új transzplantációs módszerek vagy különböző sejttípusok használatát új kezelések tesztelésére. 2006 -ban Shinya Yamanaka csapata Kiotóban, Japánban csak négy gén expressziójának módosításával alakította át a fibroblasztokat pluripotens őssejtekké. Ez a mutatvány az indukált pluripotens őssejtek eredetét képviseli, amelyeket iPS -sejteknek neveznek.

2011 -ben egy nőstény sörényes farkas , akit elgázolt egy teherautó, őssejtkezelésen esett át a Brasília Állatkertben , ez volt az első feljegyzett eset, amikor őssejteket használtak vadállatok sérüléseinek gyógyítására.

Tulajdonságok

Az őssejt klasszikus meghatározása megköveteli, hogy két tulajdonsággal rendelkezzen:

Önmegújulás

Két mechanizmus biztosítja az őssejtpopuláció fenntartását (mérete nem zsugorodik):

1. Aszimmetrikus sejtosztódás : az őssejt az eredeti őssejttel azonos anyasejtre és egy másik differenciált leánysejtre oszlik.

Amikor az őssejt önmagában megújul, osztódik, és nem zavarja meg a differenciálatlan állapotot. Ez az önmegújulás megköveteli a sejtciklus ellenőrzését, valamint a multipotenciás vagy pluripotencia fenntartását, ami minden az őssejttől függ.

2. Sztochasztikus differenciálódás: amikor egy őssejt növekszik és két differenciált lánysejtre oszlik, egy másik őssejt mitózison megy keresztül, és két, az eredetivel azonos őssejtet termel.

Az őssejtek a telomerázt , a telomereket helyreállító fehérjét használják , hogy megvédjék DNS -üket és meghosszabbítsák sejtosztódási korlátjukat ( Hayflick -határ ).

Potenciális jelentés

A pluripotens, embrionális őssejtek belső sejttömeg (ICM) sejtekből származnak egy blasztocisztában. Ezek az őssejtek a test bármely szövetévé válhatnak, kivéve a méhlepényt. Csak az embrió egy korábbi szakaszának, a morula -nak nevezett sejtjei totipotensek, képesek a test összes szövetévé és az extraembryonic placentává válni.
Emberi embrionális őssejtek
A: Az őssejt -telepek, amelyek még nem differenciálódtak.
B: Idegsejtek , példa a sejttípusra differenciálódás után.

A potencia meghatározza az őssejt differenciálódási potenciálját (a különböző sejttípusokra való differenciálódás lehetőségét).

  • A totipotens (más néven mindenható) őssejtek embrionális és extraembrionális sejttípusokra differenciálódhatnak. Az ilyen sejtek teljes, életképes szervezetet tudnak felépíteni. Ezeket a sejteket a petesejt és a spermiumok összeolvadásából állítják elő . A megtermékenyített tojás első néhány részlege által termelt sejtek szintén totipotensek.
  • A pluripotens őssejtek a totipotens sejtek leszármazottai, és szinte minden sejtre differenciálódhatnak, azaz a három csíraréteg bármelyikéből származó sejtekre .
  • A multipotens őssejtek számos sejttípusra differenciálódhatnak, de csak a közeli rokon sejtcsaládra .
  • Az oligopotens őssejtek csak néhány sejttípusra differenciálódhatnak, például limfoid vagy mieloid őssejtekre.
  • Unipotent sejt képes egyetlen sejttípus, a saját, hanem az a tulajdonságuk, önmegújító, ami megkülönbözteti őket a nem-őssejtek (pl progenitor sejtek , amelyek nem önálló megújítani).

Azonosítás

A gyakorlatban az őssejteket az alapján azonosítják, hogy képesek -e regenerálni a szöveteket. Például a csontvelő vagy a vérképző őssejtek (HSC -k) meghatározó tesztje a sejtek átültetésének képessége és az egyén megmentése HSC -k nélkül. Ez azt mutatja, hogy a sejtek hosszú távon képesek új vérsejteket termelni. Lehetővé kell tenni az őssejtek izolálását is az átültetett egyedből, amelyek maguk is átültethetők egy másik egyedbe HSC-k nélkül, bizonyítva, hogy az őssejt képes volt megújulni.

Az őssejtek tulajdonságait in vitro szemléltethetjük olyan módszerek alkalmazásával, mint a klonogén vizsgálatok , amelyek során az egyes sejteket megkülönböztetik és megújítják. Az őssejteket úgy is el lehet különíteni, hogy rendelkeznek megkülönböztető sejtfelszíni markerekkel. Az in vitro tenyésztési körülmények azonban megváltoztathatják a sejtek viselkedését, és nem világos, hogy a sejtek hasonló módon viselkednek -e in vivo . Jelentős vita folyik arról, hogy néhány javasolt felnőtt sejtpopuláció valóban őssejt.

Embrionális

Az embrionális őssejtek (ESC -k) a blasztociszta belső sejttömegének sejtjei, amelyeket a méhbe történő beültetés előtt alakítottak ki . Az emberi embrionális fejlődés során a blasztociszta stádiumát 4-5 nappal a megtermékenyítés után éri el , ekkor 50–150 sejtből áll. Az ESC -k pluripotensek, és a fejlesztés során a három csíraréteg összes származékát képezik : ektodermát , endodermát és mezodermát . Más szavakkal, a felnőtt test több mint 200 sejttípusának mindegyikévé fejlődhetnek, ha egy adott sejttípushoz elegendő és szükséges stimulációt kapnak. Nem járulnak hozzá az extraembrionális membránokhoz vagy a méhlepényhez .

Az embrionális fejlődés során a belső sejtmassza sejtjei folyamatosan osztódnak és specializálódnak. Például az embrió háti részén található ektoderma egy része „ neurectoderm ” -re specializálódott , amely a jövőbeni központi idegrendszer lesz . Később a fejlesztésben, neurulation okozza a neurectoderm alkotják a velőcső . Az idegcső szakaszában az elülső rész encephalizáción megy keresztül, hogy létrehozza vagy „mintázza” az agy alapvető formáját. A fejlődés ezen szakaszában a központi idegrendszer fő sejttípusát idegi őssejtnek tekintik .

A neurális őssejtek önmagukban megújulnak, és egy bizonyos ponton radiális glia progenitor sejtekké (RGP-k) alakulnak át. Korai-kialakítva RGPs önálló megújítani szimmetrikus részlege alkotnak egy tartályt csoportot progenitor sejtek . Ezek a sejtek neurogén állapotba kerülnek, és aszimmetrikusan osztódni kezdenek, hogy sokféle neurontípust sokféleképpen előállítsanak, mindegyik egyedi génexpresszióval, morfológiai és funkcionális jellemzőkkel. A neurálisok radiális gliasejtekből történő előállításának folyamatát neurogenezisnek nevezik . A sugárirányú gliasejt jellegzetes bipoláris morfológiával rendelkezik, és az idegcső falának vastagságát átfogó, rendkívül megnyúlt folyamatokkal rendelkezik. Néhány gliális tulajdonsággal rendelkezik, különösen a gliafibrilláris savas fehérje (GFAP) expressziójával . A radiális gliasejt a fejlődő gerinces központi idegrendszer elsődleges idegi őssejtje , és sejtteste a kamrai zónában helyezkedik el, a fejlődő kamrai rendszer szomszédságában . Az idegi őssejtek elkötelezettek az idegsejtek ( idegsejtek , asztrociták és oligodendrociták ) iránt, és így hatékonyságuk korlátozott.

Szinte minden eddigi kutatás során egér embrionális őssejteket (mES) vagy humán embrionális őssejteket (hES) használtak, amelyek a korai belső sejttömegből származnak. Mindkettő rendelkezik az alapvető őssejt -jellemzőkkel, mégis nagyon eltérő környezetet igényelnek a differenciálatlan állapot fenntartásához. Az egér ES sejteket tenyésztettünk egy réteg zselatint , mint egy extracelluláris mátrix (a támogatás) és jelenlétét igénylik a leukémia gátló faktor (LIF) szérum médiában. A GSK3B gátlóit és a MAPK/ERK útvonalat tartalmazó , 2i nevű gyógyszer -koktélról is kimutatták, hogy fenntartja a pluripotenciát az őssejt -tenyészetben . A humán ESC-ket egér embrionális fibroblasztok tápláló rétegén tenyésztik, és alapvető fibroblaszt növekedési faktor (bFGF vagy FGF-2) jelenlétét igénylik. Optimális tenyésztési feltételek vagy genetikai manipuláció nélkül az embrionális őssejtek gyorsan differenciálódnak.

Az emberi embrionális őssejtet számos transzkripciós faktor és sejtfelszíni fehérje expressziója is meghatározza. Az Oct-4 , a Nanog és a Sox2 transzkripciós faktorok alkotják azt az alapvető szabályozó hálózatot, amely biztosítja a differenciálódáshoz vezető gének elnyomását és a pluripotencia fenntartását. A hES sejtek azonosítására leggyakrabban használt sejtfelszíni antigének a glikolipid stádiumú specifikus embrionális antigén 3 és 4, valamint a keratán-szulfát antigének Tra-1-60 és Tra-1-81. Az őssejt molekuláris meghatározása sokkal több fehérjét tartalmaz, és továbbra is kutatási téma.

Az emberi embrionális őssejtek felhasználásával speciális sejteket, például idegsejteket vagy szívsejteket állítanak elő a laborban, a tudósok hozzáférhetnek a felnőtt emberi sejtekhez anélkül, hogy szöveteket vennének el a betegektől. Ezután részletesen tanulmányozhatják ezeket a speciális felnőtt sejteket, hogy felismerjék a betegségek szövődményeit, vagy tanulmányozzák a javasolt új gyógyszerekre adott sejtreakciókat.

A korlátlan expanzió és a pluripotencia együttes képességei miatt az embrionális őssejtek elméletileg potenciális forrásai maradnak a regeneratív gyógyászatnak és a sérülés vagy betegség utáni szövetpótlásnak. Azonban jelenleg nincsenek jóváhagyott kezelések ES sejtek használatával. Az első emberi kísérletet az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala 2009 januárjában hagyta jóvá. Az emberi kísérletet azonban csak október 13 -án, 2010 -ben kezdték meg Atlantában a gerincvelő -sérülések kutatására . 2011. november 14 -én a vizsgálatot végző cég ( Geron Corporation ) bejelentette, hogy felhagy az őssejt -programjainak továbbfejlesztésével. Az ES sejtek felhasználható sejtekké történő differenciálása, miközben elkerülhető a transzplantátum kilökődése, csak néhány azon akadályok közül, amelyekkel az embrionális őssejtek kutatói még mindig szembesülnek. Az embrionális őssejtek, mivel pluripotensek, specifikus jeleket igényelnek a helyes differenciálódáshoz - ha közvetlenül egy másik testbe injektálják, az ES -sejtek sokféle sejttípusra differenciálódnak, teratomát okozva . A születendő emberi szövetek felhasználásával kapcsolatos etikai megfontolások egy másik oka annak, hogy az embrionális őssejteket alkalmazó jóváhagyott kezelések hiányoznak. Sok nemzet jelenleg moratóriumokkal vagy korlátozásokkal rendelkezik az emberi ES sejtkutatásban vagy az új humán ES sejtvonalak előállításában.

Mezenchimális őssejtek

Ismert, hogy a mezenchimális őssejtek (MSC) multipotensek, amelyek megtalálhatók a felnőtt szövetekben, például az izomban, a májban, a csontvelőben. A mezenchimális őssejtek általában strukturális támaszként működnek a különböző szervekben, amint azt fentebb említettük, és szabályozzák az anyagok mozgását. Az MSC számos sejtkategóriába differenciálódhat, mint például a mezodermális rétegből származó zsírsejtek, osteocyták és kondrociták. Ahol a mezodermális réteg növeli a test csontváz elemeit, például a porc vagy csont vonatkozásában. A „meso” kifejezés görög eredetű középső infúziót jelent, ami azt jelenti, hogy a mesenchymális sejtek képesek terjedni és haladni a korai embrionális növekedésben az ektodermális és az endodermális rétegek között. Ez a mechanizmus segít a térkitöltésben, így kulcsfontosságú a felnőtt szervezetek sebeinek helyreállításához, amelyek a dermis (bőr), a csont vagy az izom mesenchymális sejtjeivel kapcsolatosak.

Ismert, hogy a mezenchimális őssejtek nélkülözhetetlenek a regeneratív gyógyászatban. Ezeket széles körben tanulmányozzák klinikai vizsgálatok során . Mivel könnyen elkülöníthetők és nagy hozamot, nagy plaszticitást érnek el, ami elősegíti a gyulladást és ösztönzi a sejtnövekedést, a sejtek differenciálódását és helyreállítja az immunmodulációból és immunszuppresszióból származó szöveteket. Az MSC a csontvelőből származik, amely agresszív eljárást igényel az izolált sejt mennyiségének és minőségének izolálásakor, és változik a donor korától függően. Ha összehasonlítjuk az MSC arányát a csontvelő -aspirátumokban és a csontvelő -sztrómában, akkor az aspirátumok általában alacsonyabb MSC -vel rendelkeznek, mint a sztróma. Ismert, hogy az MSC heterogén, és magas szintű pluripotens markereket fejeznek ki, összehasonlítva más típusú őssejtekkel, például az embrionális őssejtekkel.

Sejtciklus vezérlés

Az embrionális őssejtek (ESC -k) képesek korlátlan osztódásra, miközben megőrzik pluripotenciájukat , ami a sejtciklus -szabályozás speciális mechanizmusain keresztül lehetséges . A szaporodó szomatikus sejtekhez képest az ESC -k egyedülálló sejtciklus -jellemzőkkel rendelkeznek - például a rövidített G1 -fázis , a G0 -fázis hiánya és a sejtciklus -ellenőrzési pontokon bekövetkező gyors sejtosztódás -, amelyek a sejteket adott időben többnyire S fázisban hagyják . Az ESC -k gyors osztódását mutatja rövid megkétszerezési idejük, amely 8-10 óra között mozog, míg a szomatikus sejtek duplázási ideje körülbelül 20 óra vagy hosszabb. A sejtek differenciálódásával ezek a tulajdonságok megváltoznak: a G1 és G2 fázisok meghosszabbodnak, ami hosszabb sejtosztódási ciklusokhoz vezet. Ez arra utal, hogy egy specifikus sejtciklus szerkezet hozzájárulhat a pluripotencia kialakulásához.

Különösen azért, mert a G1 fázis az a fázis, amelyben a sejtek fokozott érzékenységet mutatnak a differenciálódásra, a rövidített G1 az ESC -k egyik legfontosabb jellemzője, és fontos szerepet játszik a differenciálatlan fenotípus fenntartásában . Bár a pontos molekuláris mechanizmus csak részben érthető, számos tanulmány betekintést engedett abba, hogy az ESC -k milyen gyorsan haladnak a G1 - és esetleg más fázisok - révén.

A sejtciklust ciklinek , ciklinfüggő kinázok (Cdk), ciklinfüggő kináz inhibitorok (Cdkn), a retinoblasztóma (Rb) család zsebfehérjéi és egyéb kiegészítő tényezők összetett hálózata szabályozza . Az ESC sejtciklus megkülönböztető szabályozásába alapos betekintést nyertek egér ESC -ken (mESC) végzett vizsgálatok. Az mESC -k sejtciklust mutattak, nagyon rövidített G1 fázissal, amely lehetővé tette a sejtek számára, hogy gyorsan váltakozzanak az M fázis és az S fázis között. Szomatikus sejtciklusban a Cyclin-Cdk komplexek oszcilláló aktivitása figyelhető meg szekvenciális hatásban, amely a sejtciklus döntő szabályozóit vezérli, hogy egyirányú átmeneteket indukáljon a fázisok között: a Cyclin D és a Cdk4/6 aktívak a G1 fázisban, míg a Cyclin E és a Cdk2 aktív a késői G1 fázisban és az S fázisban; és a ciklin A és Cdk2 aktívak az S fázisban és a G2, míg a ciklin B és Cdk1 aktívak a G2 és az M fázisban. A mESC-kben azonban ez a Cyclin-Cdk komplexek jellemzően rendezett és oszcilláló aktivitása hiányzik. Inkább a Cyclin E/Cdk2 komplex konstitutívan aktív a ciklus során, és retinoblasztóma fehérjét (pRb) hiperfoszforilál, és így inaktív. Ez lehetővé teszi a közvetlen átmenetet az M fázisból a késői G1 fázisba, ami a D típusú ciklinek hiányához vezet, és ezáltal a G1 fázis lerövidítéséhez. A Cdk2 aktivitás döntő fontosságú mind a sejtciklus szabályozásában, mind a mESC-k sejt-sorsdöntésében; a Cdk2 aktivitás csökkentése meghosszabbítja a G1 fázis progresszióját, létrehozza a szomatikus sejtszerű sejtciklust és indukálja a differenciálódási markerek expresszióját.

Az emberi ESC -kben (hESC) a G1 időtartama drámaian lerövidül. Ezt a G1-hez kapcsolódó Cyclin D2 és Cdk4 gének magas mRNS szintjének és a sejtciklus szabályozó fehérjék alacsony szintjének tulajdonítják, amelyek gátolják a sejtciklus progresszióját G1-nél, mint például a p21 CipP1 , p27 Kip1 és p57 Kip2 . Ezenkívül a Cdk4 és Cdk6 aktivitás szabályozói, például az Ink család gátlói (p15, p16, p18 és p19) tagjai alacsony szinten vagy egyáltalán nem expresszálódnak. Így a mESC -khez hasonlóan a hESC -k is magas Cdk -aktivitást mutatnak, és a Cdk2 a legnagyobb kinázaktivitást mutatja. A mESC -khez hasonlóan a hESC -k is bizonyítják a Cdk2 fontosságát a G1 fázis szabályozásában, bemutatva, hogy a G1 -S átmenet késik, amikor a Cdk2 aktivitás gátolt, és G1 leáll, amikor a Cdk2 le van ütve. A mESC -kkel ellentétben azonban a hESC -k funkcionális G1 fázissal rendelkeznek. A hESC-k azt mutatják, hogy a Cyclin E/Cdk2 és Cyclin A/Cdk2 komplexek aktivitása sejtciklusfüggő, és a G1 Rb ellenőrzőpontja működőképes.

Az ESC-ket a G1 ellenőrzőpont nem működőképessége is jellemzi, annak ellenére, hogy a G1 ellenőrzőpont döntő fontosságú a genomi stabilitás fenntartása szempontjából. A DNS -károsodásra válaszul az ESC -k nem állnak meg a G1 -ben, hogy helyreállítsák a DNS -károsodásokat, hanem az S és G2/M ellenőrzőpontoktól függenek, vagy apoptózison esnek át. A G1 ellenőrzőpont hiánya az ESC -kben lehetővé teszi a sérült DNS -sel rendelkező sejtek eltávolítását, elkerülve ezzel a lehetséges mutációkat a pontatlan DNS -javítás miatt. Ezzel az elképzeléssel összhangban az ESC -k túlérzékenyek a DNS -károsodásokra, hogy minimalizálják a következő generációra továbbított mutációkat.

Magzati

A magzatok szerveiben található primitív őssejteket magzati őssejteknek nevezik.

Kétféle magzati őssejt létezik:

  1. A magzati őssejtek a magzat szövetéből származnak, és általában abortusz után nyerik őket . Ezek az őssejtek nem halhatatlanok, de magas osztódásúak és sokoldalúak.
  2. Az extraembryonic magzati őssejtek extraembryonic membránokból származnak , és általában nem különböztethetők meg a felnőtt őssejtektől. Ezeket az őssejteket születés után szerzik be, nem halhatatlanok, de magas a sejtosztódásuk, és pluripotensek.

Felnőtt

Őssejtosztódás és differenciálódás A: őssejt; B: őssejt; C: differenciált sejt; 1: szimmetrikus őssejtosztódás; 2: aszimmetrikus őssejtosztódás; 3: utódosztás; 4: terminális differenciálás

A felnőtt őssejtek, más néven szomatikus (görögül σωματικóς, "a test") őssejtek, olyan őssejtek, amelyek fenntartják és helyreállítják azt a szövetet, amelyben megtalálhatók. Gyermekekben és felnőttekben is megtalálhatók.

Három ismert forrása van az autológ felnőtt őssejteknek az emberekben:

  1. Csontvelő , amely kivonást igényel a betakarítással , általában a kismedencei csontokból műtéttel.
  2. Zsírszövet (zsírsejtek), amely zsírleszívással történő kivonást igényel.
  3. Vér, amely aferezissel történő kivonást igényel , ahol a vért a donortól veszik (hasonlóan a véradáshoz), és átvezetik egy gépen, amely kivonja az őssejteket, és visszaadja a vér többi részét a donornak.

Az őssejteket a köldökzsinór véréből is lehet venni közvetlenül a születés után. Az összes őssejt típus közül az autológ betakarítás a legkevesebb kockázatot hordozza. A definíció szerint az autológ sejteket saját testünkből nyerjük, ahogyan az ember saját vérét is elköltheti elektív sebészeti beavatkozásokhoz.

A pluripotens felnőtt őssejtek ritkák és általában kis számban, de megtalálhatók a köldökzsinórvérben és más szövetekben. A csontvelő a felnőtt őssejtek gazdag forrása, amelyet számos betegség, köztük májcirrhosis, krónikus végtagi ischaemia és végstádiumú szívelégtelenség kezelésére használtak. A csontvelő őssejtjeinek mennyisége az életkor előrehaladtával csökken, és a férfiaknál nagyobb a reproduktív években. A felnőttkori őssejtek sok kutatása eddig a hatékonyságuk és önmegújító képességeik jellemzésére irányult. A DNS -károsodás az életkorral együtt halmozódik fel mind az őssejtekben, mind az őssejt -környezetet alkotó sejtekben. Ezt a felhalmozódást tekintik legalább részben felelősnek az őssejtek diszfunkciójának növekedésével az öregedéssel (lásd az öregedés DNS -károsodásának elméletét ).

A legtöbb felnőtt őssejt vonalkorlátozott ( multipotens ), és általában szöveti eredetükre utalnak ( mezenchimális őssejt , zsírszövetből származó őssejt, endoteliális őssejt , fogászati ​​cellulóz őssejt stb.). A múzsasejtek (többsoros, differenciáló, stressztűrő sejtek) egy nemrégiben felfedezett pluripotens őssejt-típus, amely számos felnőtt szövetben megtalálható, beleértve a zsírokat, a bőr fibroblasztait és a csontvelőt. Bár ritka, a múzsasejtek azonosíthatók az SSEA-3 , a differenciálatlan őssejtek markere és az általános mezenchimális őssejtek markerei, például a CD105 expressziója alapján . Amikor vetjük alá egyetlen sejt szuszpenziós tenyészetben, a sejteket generál klaszterek, amelyek hasonlóak a embrióid testek a morfológiában, valamint génexpresszió, beleértve kanonikus piuripotencia markerek Oct4 , Sox2 , és Nanog .

A felnőtt őssejtkezeléseket évek óta sikeresen alkalmazzák a leukémia és a kapcsolódó csont-/vérrákok kezelésére csontvelő -transzplantáción keresztül. A felnőtt őssejteket az állatgyógyászatban is használják lovak ín- és ínszalag -sérüléseinek kezelésére.

A felnőtt őssejtek kutatásban és terápiában való felhasználása nem olyan vitatott, mint az embrionális őssejtek alkalmazása , mert a felnőtt őssejtek előállítása nem igényli az embrió megsemmisítését . Ezenkívül azokban az esetekben, amikor a felnőtt őssejteket a tervezett recipiensből ( autograft ) nyerik , az elutasítás kockázata lényegében nem létezik. Következésképpen több amerikai kormányzati finanszírozást biztosítanak a felnőtt őssejtek kutatására.

Mivel a felnőtt emberi őssejtek iránti kereslet és klinikai célok iránti növekvő kereslet (kezelésenként általában 1–5 millió sejtre van szükség testtömeg -kilogrammonként), rendkívül fontos lesz áthidalni a sejtek in vitro kiterjesztésének szükségessége közötti szakadékot. és a replikatív öregedés hátterében álló tényezők kiaknázásának képessége. A felnőtt őssejtekről ismert, hogy korlátozott élettartamúak in vitro, és az in vitro tenyésztés megkezdésekor szinte észrevehetetlenül replikatív öregedésbe lépnek.

Magzatvíz

Perinatális őssejteknek is nevezik ezeket a multipotens őssejteket a magzatvízben és a köldökzsinórvérben. Ezek az őssejtek nagyon aktívak, nagymértékben tágulnak etetők nélkül, és nem tumorosak. Az amniotikus őssejtek multipotensek, és differenciálódhatnak adipogén, osteogen, myogén, endothelialis, máj- és neuronális vonalakban. Az amniotikus őssejtek aktív kutatások tárgyát képezik.

A magzatvízből származó őssejtek használata legyőzi az emberi embriók sejtforrásként való felhasználásával kapcsolatos etikai kifogásokat. A római katolikus tanítás tiltja az embrionális őssejtek kísérletekben való alkalmazását; ennek megfelelően a vatikáni " Osservatore Romano " újság az amniotikus őssejteket "az orvostudomány jövőjének" nevezte.

Lehetőség van amnion őssejtek gyűjtésére donorok számára vagy autológ használatra: az első amerikai magzatvíz -őssejt -bankot 2009 -ben nyitotta meg Medfordban (MA) a Biocell Center Corporation, és együttműködik a világ különböző kórházaival és egyetemeivel.

Indukált pluripotens

A felnőtt őssejtek hatékonysága korlátozott; az embrionális őssejtekkel (ESC) ellentétben nem képesek mindhárom csírarétegből sejtekké differenciálódni . Ezért multipotensnek tekintik őket .

Az újraprogramozás azonban lehetővé teszi pluripotens sejtek, indukált pluripotens őssejtek (iPSC) létrehozását a felnőtt sejtekből. Ezek nem felnőtt őssejtek, hanem szomatikus sejtek (pl. Hámsejtek), amelyeket úgy programoztak át, hogy pluripotens képességekkel rendelkező sejteket hozzanak létre. A fehérje transzkripciós faktorokkal végzett genetikai átprogramozás segítségével ESC-szerű képességekkel rendelkező pluripotens őssejteket származtattak. Az indukált pluripotens őssejtek első demonstrációját Shinya Yamanaka és munkatársai végezték a Kiotói Egyetemen . Az Oct3/4 , Sox2 , c-Myc és Klf4 transzkripciós faktorokat használták az egér fibroblaszt sejtek pluripotens sejtekké programozásához. A későbbi munka ezeket a tényezőket felhasználta a pluripotencia kiváltására az emberi fibroblaszt sejtekben. Junying Yu , James Thomson és kollégáik a Wisconsini Egyetem – Madison egyetemétől eltérő tényezőket használtak, Oct4, Sox2, Nanog és Lin28, és emberi fitymaszövetből származó sejteket használtak . Azonban képesek voltak megismételni Yamanaka megállapítását, hogy lehetséges a pluripotencia kiváltása az emberi sejtekben.

Az indukált pluripotens őssejtek különböznek az embrionális őssejtektől. Sok hasonló tulajdonsággal rendelkeznek, mint pluripotencia és differenciálódási potenciál, pluripotencia gének expressziója , epigenetikai mintázatok, embrionális test és teratoma képződés, valamint életképes kiméraképződés , de ezekben a tulajdonságokban sok különbség van. Az iPSC -k kromatinja inkább "zárt" vagy metilezett, mint az ESC -k. Hasonlóképpen, az ESC -k és az iPSC -k közötti génexpressziós minta, vagy akár a különböző eredetű iPSC -k. Kérdések merülnek fel tehát az átprogramozás "teljességével" és az indukált pluripotens őssejtek szomatikus memóriájával kapcsolatban. Ennek ellenére a szomatikus sejtek pluripotens indukálása életképesnek tűnik.

E kísérletek sikerének eredményeként Ian Wilmut , aki segített létrehozni az első klónozott Dolly the Sheep állatot , bejelentette, hogy felhagy a szomatikus sejtek nukleáris transzferével, mint kutatási út.

Az IPSC -k jelentősen segítették az orvostudomány területét azáltal, hogy számos módszert találtak a betegségek gyógyítására. Mivel az emberi IPSCc előnyt biztosított, hogy in vitro modelleket készítsen a toxinok és a patogenezis tanulmányozására.

Továbbá az indukált pluripotens őssejtek számos terápiás előnyt biztosítanak. Az ESC -hez hasonlóan pluripotensek . Így nagy differenciálódási potenciállal rendelkeznek; elméletileg bármilyen sejtet tudnak előállítani az emberi szervezetben (ha a pluripotenciára való átprogramozás "teljes" volt). Ezenkívül az ESC -kkel ellentétben lehetővé tehetik az orvosok számára, hogy minden egyes beteg számára pluripotens őssejtvonalat hozzanak létre. A fagyasztott vérminták az indukált pluripotens őssejtek értékes forrásaként használhatók. A betegspecifikus őssejtek lehetővé teszik a mellékhatások szűrését a gyógyszeres kezelés előtt, valamint a transzplantáció elutasításának kockázatát. Annak ellenére, hogy jelenleg korlátozott terápiás felhasználásuk van, az iPSC -k nagy potenciállal rendelkeznek a jövőbeni orvosi kezelésben és kutatásban.

Sejtciklus vezérlés

A sejtciklust szabályozó kulcsfontosságú tényezők a pluripotenciát is szabályozzák . Így a releváns gének manipulálása fenntarthatja a pluripotenciát és átprogramozhatja a szomatikus sejteket egy indukált pluripotens állapotba. A szomatikus sejtek átprogramozása azonban gyakran alacsony hatékonyságú, és sztochasztikusnak tekinthető .

Azzal az elképzeléssel, hogy a gyorsabb sejtciklus a pluripotencia kulcsfontosságú eleme, javítható az újraprogramozási hatékonyság. A pluripotencia javítására szolgáló módszerek a sejtciklus -szabályozók manipulálása révén a következők: a Cyclin D/Cdk4 túlzott expressziója, a Sox2 foszforilációja S39 és S253 -nál, a Cyclin A és Cyclin E túlzott expressziója, az Rb leütése és a Cip/Kip család tagjainak leütése, ill. az Ink család. Ezenkívül az újraprogramozási hatékonyság korrelál a sztochasztikus fázisban bekövetkezett sejtosztódások számával, ami arra utal, hogy az idősebb vagy lassan búvárkodó sejtek átprogramozása egyre kevésbé hatékony.

Leszármazás

A származás fontos eljárás a fejlődő embriók elemzésére. Mivel a sejtvonalak az egyes osztódások sejtjei közötti kapcsolatot mutatják. Ez segít az őssejtvonalak elemzésében, ami segít felismerni az őssejtek hatékonyságát, élettartamát és egyéb tényezőket. A sejtvonal technikájával mutáns gének elemezhetők őssejt -klónokban, amelyek segíthetnek a genetikai útvonalakban. Ezek az utak szabályozhatják az őssejt teljesítményét.

Az önmegújulás biztosítása érdekében az őssejtek kétféle sejtosztódáson mennek keresztül (lásd az őssejtosztódást és a differenciálódási diagramot). A szimmetrikus osztódás két azonos leánysejtet eredményez, amelyek mind őssejt tulajdonságokkal rendelkeznek. Aszimmetrikus részlege, másrészt előállítására, csak egy őssejt és progenitor sejt a korlátozott önmegújító lehetséges. A progenitorok több sejtosztódási körön is áteshetnek, mielőtt véglegesen differenciálódnak érett sejtmé. Lehetséges, hogy a szimmetrikus és aszimmetrikus osztódások közötti molekuláris különbség a sejtmembránfehérjék (például receptorok ) differenciált szegregációjában rejlik .

Egy alternatív elmélet, hogy az őssejtek maradnak differenciálatlan miatt környezeti jelekre a sajátos rést . Az őssejtek differenciálódnak, amikor elhagyják ezt a rést, vagy már nem veszik ezeket a jeleket. A Drosophila germariumban végzett vizsgálatok azonosították azokat a jeleket, amelyek dekapentaplegikusak és ragaszkodnak a csomópontokhoz, amelyek megakadályozzák a germarium őssejtek differenciálódását.

Terápiák

Az őssejt -terápia az őssejtek alkalmazása betegségek vagy állapotok kezelésére vagy megelőzésére. A csontvelő -transzplantáció az őssejt -terápia egyik formája, amelyet hosszú évek óta alkalmaznak, mert a klinikai vizsgálatokban hatékonynak bizonyult.

Az őssejt-beültetés segíthet a szív bal kamrájának megerősítésében, valamint a szívszövet megtartásában azoknál a betegeknél, akik korábban szívrohamban szenvedtek.

Előnyök

Az őssejtes kezelések csökkenthetik a kezelt betegség vagy állapot tüneteit. A tünetek mérséklése lehetővé teheti a betegek számára, hogy csökkentsék a betegség vagy állapot gyógyszereinek bevitelét. Az őssejt -kezelés a társadalom számára is tudást nyújthat az őssejtek megértésének és a jövőbeni kezeléseknek a továbbfejlesztéséhez. Az orvosok hitvallása az lenne, hogy ne okozzanak kárt, és az őssejtek egyszerűbbé teszik ezt, mint valaha. A sebészeti folyamatok jellegüknél fogva károsak. A sikeres eredmény elérése érdekében a szöveteket le kell ejteni. Megakadályozható az őssejtek használatával végzett sebészeti beavatkozások veszélye. Ezenkívül fennáll a betegség lehetősége, és ha az eljárás sikertelen, további műtétre lehet szükség. Az érzéstelenítéshez kapcsolódó kockázatok az őssejtekkel is kiküszöbölhetők. Ezen felül őssejteket gyűjtöttek le a beteg testéből, és helyezték át a kívánt helyre. Mivel a páciens saját testéből származnak, ezt autológ kezelésnek nevezik. Az autológ gyógymódokat tartják a legbiztonságosabbnak, mert valószínű, hogy nulla valószínűsége van a donor anyag elutasításának.

Hátrányok

Az őssejtkezelések immunszuppressziót igényelhetnek a transzplantáció előtti sugárzás követelménye miatt, hogy eltávolítsák a személy korábbi sejtjeit, vagy mert a beteg immunrendszere megcélozhatja az őssejteket. A második lehetőség elkerülésének egyik módja az, hogy ugyanazon páciens őssejtjeit használjuk, akit kezelnek.

A pluripotencia bizonyos őssejtekben szintén megnehezítheti egy adott sejttípus megszerzését. Nehéz megszerezni a szükséges sejttípust is, mert a populáció nem minden sejtje egyenletesen differenciálódik. A differenciálatlan sejtek a kívánt típusoktól eltérő szöveteket is létrehozhatnak.

Egyes őssejtek daganatokat képeznek a transzplantáció után; A pluripotencia a daganatképződéshez kapcsolódik, különösen az embrionális őssejtekben, a magzati őssejtekben, az indukált pluripotens őssejtekben. A magzati megfelelő őssejtek daganatokat képeznek a multipotencia ellenére.

Etikai aggályok merülnek fel az embrionális őssejtek használatának vagy kutatásának gyakorlatával kapcsolatban is. A sejtek leválasztása a blasztocisztából a blasztociszták halálát eredményezi. A kérdés az, hogy a blasztocisztát emberi életnek kell -e tekinteni. A vita ebben a kérdésben elsősorban filozófiai, nem pedig tudományos. Egy tudományos értékelés megerősítené, hogy a blasztociszták valóban élnek, és hogy a sejtek valóban emberek, így a blasztocisztát emberi életté teszik.

Őssejt turizmus

Az őssejt -turizmus az az iparág, amelyben a betegek (és néha családtagjaik) egy másik joghatóságba utaznak, hogy őssejtes eljárásokat szerezzenek, amelyeket nem hagytak jóvá, de amelyeket az interneten bizonyított gyógymódként hirdetnek.

Az Egyesült Államokban az utóbbi években robbanásszerű "őssejt -klinikák" történtek. Az őssejtes eljárások rendkívül jövedelmezőek a klinikák számára. A reklám mérvadóan hangzik, de az eljárások hatékonysága és biztonsága nem bizonyított. A betegek néha komplikációkat tapasztalnak, például gerincdaganatokat és halált. A nagy ráfordítások pénzügyi tönkremenetelhez is vezethetnek. A kutatók szerint szükség van a nyilvánosság, a betegek és az orvosok oktatására ebben a kérdésben.

Az őssejtkutatást támogató legnagyobb tudományos szervezet, a Nemzetközi Őssejtkutatási Társaság szerint az őssejt -terápiák fejlesztés alatt állnak, és még nem mondhatók bizonyítottnak. Az orvosoknak tájékoztatniuk kell a betegeket, hogy a klinikai vizsgálatok továbbra is azt vizsgálják, hogy ezek a terápiák biztonságosak és hatékonyak -e, de az etikátlan klinikák bizonyítottnak tekintik őket.

Kutatás

Az emberi embrionális őssejtekre vonatkozó alapvető szabadalmak egy része a Wisconsin Alumni Research Foundation (WARF) tulajdonában van - ezek 5 843 780, 6 200 806 és 7 029 913 szabadalmak, amelyeket James A. Thomson talált fel . A WARF nem érvényesíti ezeket a szabadalmakat az akadémikus tudósokkal szemben, de a vállalatokkal szemben.

2006-ban az amerikai szabadalmi és védjegyhivatal (USPTO) kérelmét a három szabadalom újbóli megvizsgálására a Public Patent Foundation nyújtotta be ügyfele, a Consumer Watchdog (korábbi nevén az Alapítvány Adófizetők és fogyasztók jogai). Az USPTO és a felek közötti több körös vitát magában foglaló felülvizsgálati folyamat során az USPTO kezdetben egyetértett a Consumer Watchdoggal, és elutasította mind a három szabadalom összes állítását, azonban válaszul a WARF módosította mindhárom szabadalom állítását szűkebbé tenni, és 2008 -ban az USPTO mindhárom szabadalom módosított állításait szabadalmazhatónak találta. Az egyik szabadalomra (7 029 913) vonatkozó határozat fellebbezhetett, míg a másik kettő esetében nem. A Consumer Watchdog fellebbezett a 913 -as szabadalom megadása ellen az USPTO Szabadalmi Fellebbezési és Interferencia Tanácsához (BPAI), amely helyt adott a fellebbezésnek, és 2010 -ben a BPAI úgy határozott, hogy a 913 -as szabadalom módosított állításai nem szabadalmaztathatók. A WARF azonban újra meg tudta nyitni a vádat az ügyben, és ezt meg is tette, ismét módosítva a 913-as szabadalom állításait, hogy azok szűkebbek legyenek, és 2013 januárjában a módosított kereseteket engedélyezték.

A 2013. július Consumer Watchdog bejelentette, hogy fellebbezni a döntés, hogy az igények a „913 szabadalom a US Fellebbviteli Bíróság a Federal Circuit (caFc), a szövetségi fellebbviteli bíróság, hogy hallja a szabadalmi ügyekben. A meghallgatáson 2013 decemberében, a caFc felvetette a kérdést, hogy a fogyasztói Watchdog kellett jogállásáról a fellebbezést; az ügyet addig nem lehetett folytatni, amíg ezt a kérdést meg nem oldották.

Vizsgálatok

Betegségek és állapotok, amelyekben az őssejt -kezelést vizsgálják.

A betegségek és állapotok, amelyekben az őssejt -kezelést vizsgálják, a következők:

Kutatások folynak az őssejtek különböző forrásainak kifejlesztésére, valamint az őssejt -kezelések alkalmazására neurodegeneratív betegségek és állapotok, cukorbetegség , szívbetegségek és egyéb állapotok esetén. Kutatások folynak az organoidok őssejtek felhasználásával történő előállításában is, amelyek lehetővé teszik az emberi fejlődés, az organogenezis és az emberi betegségek modellezésének további megértését .

Az utóbbi években, mivel a tudósok képesek voltak izolálni és tenyészteni az embrionális őssejteket , valamint a tudósok egyre növekvő képességével őssejteket hoznak létre szomatikus sejtmag -transzfer és az indukált pluripotens őssejtek létrehozására szolgáló technikák felhasználásával , viták támadtak, mindkettő az abortuszpolitikát és az emberi klónozást .

A hepatotoxicitás és a gyógyszer okozta májkárosodás az új gyógyszerek jelentős számú kudarcát okozza a fejlesztésben és a piac kivonásában, rávilágítva arra, hogy olyan szűrővizsgálatokra van szükség, mint az őssejtekből származó hepatocita-szerű sejtek, amelyek képesek a gyógyszer korai szakaszában észlelni a toxicitást fejlesztési folyamat.

Nevezetes tanulmányok

2021 augusztusában az Egyetem Egészségügyi Hálózatának Princess Margaret Cancer Center kutatói közzétették felfedezésüket a kulcsfontosságú őssejtek nyugalmi mechanizmusáról, amely segíthet a jövőben a rákkezelések kifejlesztésében.

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

  • Manzo, Carlo; Torreno-Pina, Juan A .; Massignan, Pietro; Lapeyre, Gerald J .; Lewenstein, Maciej; Garcia Parajo, Maria F. (2015. február 25.). "A receptorok mozgásának gyenge ergodicitás -megszakítása az élő sejtekben, amelyek véletlenszerű diffúzióból fakadnak". Physical Review X . 5 (1): 011021. arXiv : 1407.2552 . Bibcode : 2015PhRvX ... 5a1021M . doi : 10.1103/PhysRevX.5.011021 . S2CID  73582473 .

Külső linkek