Embryonální kmenové buňky

Embryonální kmenové buňky (ESC)  jsou typem savčích pluripotentních buněk udržovaných v kultuře , které pocházejí z vnitřní buněčné hmoty blastocysty v rané fázi embryonálního vývoje [1] . Lidské embryo dosáhne stadia blastocysty 5-6 dní po oplodnění, vnitřní buněčná hmota lidské blastocysty se skládá z 50-150 buněk.

Embryonální kmenové buňky jsou pluripotentní. To znamená, že se mohou diferencovat na všechny tři primární zárodečné vrstvy: ektoderm , endoderm a mezoderm . Pluripotentní buňky jsou schopny diferenciace do všech typů buněk dospělého organismu, kterých je asi 220. Vlastnost pluripotence odlišuje embryonální kmenové buňky od multipotentních buněk, ze kterých může vzniknout pouze omezený počet buněčných typů. Při absenci pobídek k diferenciaci in vitro si mohou embryonální kmenové buňky udržet pluripotenci prostřednictvím mnoha buněčných dělení. Tato vlastnost se nazývá schopnost sebeobnovy ( anglicky  self-renewal ). Přítomnost pluripotentních buněk v dospělém organismu zůstává předmětem vědecké diskuse, ačkoli studie prokázaly, že je možné získat pluripotentní buňky z dospělých lidských fibroblastů v laboratoři v procesu tzv. buněčného přeprogramování [2] .

Vzhledem k plasticitě a potenciálně neomezenému potenciálu sebeobnovy mají embryonální kmenové buňky perspektivu uplatnění v regenerativní medicíně a náhradě poškozených tkání . V současné době však embryonální kmenové buňky nemají žádné lékařské využití. Dospělé kmenové buňky a kmenové buňky kostní dřeně se používají k léčbě různých onemocnění. Některá onemocnění krve a imunitního systému (včetně genetických) lze vyléčit neembryonálními kmenovými buňkami. Terapie kmenovými buňkami jsou vyvíjeny pro patologické stavy, jako je rakovina, juvenilní diabetes , Parkinsonův syndrom , slepota a poruchy míchy

S transplantací hematopoetických kmenových buněk jsou spojeny jak etické, tak technické problémy. Tyto problémy jsou spojeny mimo jiné s histokompatibilitou. Takové problémy lze řešit použitím vlastních kmenových buněk nebo terapeutickým klonováním.

K odlišení embryonálních kmenových buněk stačí působit na ně růstovými faktory . Například myší embryonální kmenové buňky diferencované in vitro na nervové buňky byly použity k opravě poraněné krysí míchy. Butyrát sodný byl použit k získání hepatocytů a k získání hematopoetických kmenových buněk byly embryonální kmenové buňky transfekovány geny Cdx, HoxB4.

Historie výzkumu a vývoje

Izolace a kultivace in vitro

Kmenové buňky byly izolovány z analýzy teratokarcinomu . V roce 1964 vědci ukázali, že buňky teratokarcinomu zůstávají v buněčné kultuře nediferencované. Tyto kmenové buňky se nazývají buňky embryonálního karcinomu. [3] Výzkumníci prokázali, že primární embryonální zárodečné buňky se mohou v kultuře množit a mohou vytvářet různé typy buněk.

Embryonální kmenové buňky byly izolovány z myších embryí v roce 1981 Martinem Evansem a Matthewem Kaufmanem a nezávisle Gail Martin [4] [5] . Průlom ve výzkumu lidských embryonálních kmenových buněk přišel v listopadu 1998 se skupinou Jamese Thomsona na University of Wisconsin. Vědci izolovali takové buňky z lidské blastocysty [6] .

Kontaminace látkami používanými k udržování buněčných kultur

Online verze časopisu Nature Medicine zveřejnila v lednu 2005 článek, podle kterého jsou lidské kmenové buňky, které jsou k dispozici pro výzkum financovaný z federálních grantů, kontaminovány molekulami kultivačních médií živočišných buněk [7] . K udržení pluripotence aktivně se dělících buněk se často používají buňky živočišného původu (obvykle myší buňky). Ukázalo se, že to způsobuje řadu problémů; konkrétně se ukázalo, že kyselina sialová živočišného původu zužuje možnosti využití embryonálních kmenových buněk pro terapeutické účely [8] .

Práce publikovaná v Lancet Medical Journal dne 7. března 2005 [9] podrobně popisuje techniku ​​kultivace nové linie kmenových buněk v médiu zcela bez buněk a séra živočišného původu. Po více než šesti měsících kultivace v nediferencovaném stavu se tyto buňky mohly diferencovat na buňky všech tří zárodečných vrstev jak v teratomech, tak v kultuře.

Terapeutické využití

Dne 23. ledna 2009 byla zahájena první fáze klinických studií pro transplantaci populace lidských embryonálních kmenových buněk u pacientů s poraněním míchy [10] . Tato studie byla založena na výsledcích získaných skupinou Hanse Keirsteda a kol. na University of Irvine, Kalifornie, USA financované společností Geron Corporation (Menlo Park, Kalifornie, USA). Výsledky tohoto experimentu ukázaly zlepšení lokomočního vedení u potkanů ​​s poraněním míchy. Sedmý den po transplantaci se lidské embryonální kmenové buňky diferencovaly na oligodendrocyty. [11] . V témže roce byla zahájena klinická studie o použití diferencovaných lidských ESC derivátů pro léčbu hereditární makulární degenerace sítnice, která byla úspěšně dokončena v roce 2015 [12] . Nyní multicentrické pokračování výzkumu probíhá v USA, Anglii, Austrálii a asijských zemích. V roce 2015 zahájila americká společnost Viacyte klinické studie pro léčbu diabetu pomocí pankreatických buněk odvozených z lidských embryonálních kmenových buněk [13] .

V Ruské federaci bude terapeutické využití a studium lidských embryonálních kmenových buněk regulováno zákonem „O oběhu biomedicínských buněčných produktů“ [14] , který má projednat Státní duma Ruské federace v polovině 2016.

Indukované pluripotentní kmenové buňky

Indukované pluripotentní kmenové buňky (indukované pluripotentní kmenové buňky, iPSC nebo iPS) byly získány z buněk různých tkání (především fibroblastů ) pomocí jejich přeprogramování metodami genetického inženýrství.

V raných pracích se iPS pokoušelo získat fúzí „dospělých“ buněk s ESC [15] . V roce 2006 byly iPS získány z myší a lidské spermatogonie [16]

V roce 2006 byly vyvinuty metody pro přeprogramování buněk zavedením genů kódujících transkripční faktory charakteristické pro pluripotentní buňky (především geny pro transkripční faktory Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc a Nanog) pomocí lentivirů a dalších vektorů“ [17] [ 18] Přeprogramování buněk, aby se staly iPS, bylo vědou uznáno jako velký vědecký průlom v roce 2008 [19]

V roce 2009 byla publikována práce, ve které se pomocí metody tetraploidní komplementace poprvé ukázalo, že iPS může dát vzniknout kompletnímu organismu, včetně buněk zárodečné linie [20] . iPS odvozený z myších kožních fibroblastů transformací za použití retrovirového vektoru a. vedl k procentu zdravých dospělých myší, které byly schopné normální reprodukce. Poprvé tak byla získána klonovaná zvířata bez příměsi genetického materiálu vajíček (při standardním klonovacím postupu je mitochondriální DNA přenesena na potomstvo z vajíčka příjemce). V roce 2012 byla za vývoj technologie klonování a genetického přeprogramování udělena Nobelova cena za fyziologii a medicínu Johnu Gurdonovi (Anglie) a Shinya Yamanaka (Japonsko). A v roce 2014 prof. M Takahashi a S. Yamanaka jako první transplantovali retinální pigmentový epitel získaný z buněk iPS pacientovi s věkem podmíněnou degenerací sítnice [21] .

V Japonsku existuje vládní program, který stanoví, že v budoucnu bude mít 100 % populace banky buněk IPS [22] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Kiselev S.L., Lagarková M.A. Lidské embryonální kmenové buňky  // Příroda . - Věda , 2006. - T. 10 . - S. 49-64 .
  2. ↑ Katedra biologie kmenových buněk, Institut pro hraniční lékařské vědy, Kjótská univerzita, Kjóto. Indukce pluripotentních kmenových buněk z myších embryonálních a dospělých fibroblastových kultur pomocí definovaných faktorů  // Cell  :  journal. - Cell Press , 2006. - 25. srpna. Archivováno z originálu 19. října 2006.
  3. ↑ Andrews P., Matin M., Bahrami A., Damjanov I., Gokhale P., Draper J. Embryonální kmenové (ES) buňky a buňky embryonálního karcinomu (EC)  : opačné strany téže mince  // Biochem Soc Trans : deník. - 2005. - Sv. 33 , č. Pt 6 . - S. 1526-1530 . - doi : 10.1042/BST20051526 . — PMID 16246161 .
  4. ↑ Evans M., Kaufman M. Etablishment in culture of pluripotential cells from myších embryí  //  Nature: journal. - 1981. - Sv. 292 , č.p. 5819 . - S. 154-156 . - doi : 10.1038/292154a0 . — PMID 7242681 .
  5. ↑ Martin G. Izolace pluripotentní buněčné linie z raných myších embryí kultivovaných v médiu kondicionovaném kmenovými buňkami teratokarcinomu  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1981. - Sv. 78 , č. 12 . - str. 7634-7638 . - doi : 10.1073/pnas.78.12.7634 . — PMID 6950406 .
  6. ↑ Thomson J., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S., Waknitz M., Swiergiel J., Marshall V., Jones J. Embryonální kmenové buněčné linie odvozené z lidských blastocyst  //  Science : journal. - 1998. - Sv. 282 , č.p. 5391 . - S. 1145-1147 . - doi : 10.1126/science.282.5391.1145 . — PMID 9804556 .
  7. ↑ Ebert, Jessica. Lidské kmenové buňky spouštějí imunitní útok  (neopr.)  // Novinky z "Přírody". - Londýn: Nature Publishing Group , 2005. - 24. ledna. - doi : 10.1038/news050124-1 . Archivováno z originálu 24. září 2010.
  8. ↑ Přístup k článkům : Nature Medicine  (Přístup 17. března 2015)
  9. ↑ Irina Klimanskaja. Lidské embryonální kmenové buňky získané bez podpůrných buněk  (anglicky)  // The Lancet  : journal. - Elsevier , 2005. - 7. května ( roč. 365 , č. 9471 ). - S. 1636-1641 . - doi : 10.1016/S0140-6736(05)66473-2 .
  10. ↑ FDA schvaluje studii lidských embryonálních kmenových buněk – CNN.com (odkaz není k dispozici) . Archivováno z originálu 9. dubna 2016. 
  11. ↑ Keirstead H.S., Nistor G., Bernal G., et al . Transplantace progenitorových buněk oligodendrocytů odvozených z lidských embryonálních kmenových buněk remyelinizují a obnovují lokomoci po poranění míchy  //  J. Neurosci. : deník. - 2005. - Květen ( roč. 25 , č. 19 ). - S. 4694-4705 . - doi : 10.1523/JNEUROSCI.0311-05.2005 . — PMID 15888645 .
  12. ↑ name=" PMID 25937371 "
  13. ↑ VC-01 Diabetes Therapy - Viacyte, Inc (odkaz není k dispozici) . Datum přístupu: 21. ledna 2016. Archivováno z originálu 22. ledna 2016. 
  14. ↑ Návrh federálního zákona z 18. ledna 2013
  15. ↑ http://elementy.ru/news/164751 Lidská kůže se může stát zdrojem embryonálních kmenových buněk
  16. ↑ Prvky - vědecké novinky: Získané "etické" embryonální kmenové buňky
  17. ↑ http://elementy.ru/news/430912 Později se ukázalo, že přeprogramování může nastat s přechodnou expresí těchto genů, bez jejich integrace do genomu
  18. ↑ Matthias Stadtfeld, Masaki Nagaya, Jochen Utikal, Gordon Weir, Konrad Hochedlinger. Indukované pluripotentní kmenové buňky generované bez virové integrace // Věda. V. 322. S. 945-949 (7. listopadu 2008). DOI: 10.1126/science.1162494.
  19. ↑ Rok přeprogramovaných buněk. P. Petrov
  20. ↑ Xiao-yang Zhao1, Wei Li1, Zhuo Lv1,, Lei Liu1, Man Tong1, Tang Hai1, Jie Hao1, Chang-long Guo1, Qing-wen Ma, Liu Wang, Fanyi Zeng, Qi Zhou. iPS buňky produkují životaschopné myši prostřednictvím tetraploidní komplementace. Nature 461, (3. září 2009), 86-90
  21. ↑ Transplantace listu RPE odvozeného z iPSC do prvního pacienta s AMD Centrum pro vývojovou biologii | RIKEN CDB
  22. ↑ Jak se vyrábí trojrozměrné orgány a kdo je potřebuje

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích