Postępy Biologii Komórki, tom 32, 2005, supl. 23

Pierwotne linie komórkowe w zarodku myszy – źródło zarodkowych komórek macierzystych

Streszczenie: W momencie implantacji zarodek myszy zwany blastocystą zbudowany jest z trzech typów komórek o odmiennym potencjale rozwojowym i funkcji. Powstają one w wyniku dwóch rund różnicowania. W ich trakcie dochodzi do oddzielenia pierwotnej ektodermy – grupy komórek pluripotentnych, będących prekursorami ciała zarodka, a in vitro zdolnych do wykształcenia zarodkowych komórek macierzystych, od linii komórek pozazarodkowych (trofektodermy i pierwotnej endodermy) biorących udział w tworzeniu łożyska i błon płodowych, a w hodowli in vitro tworzących specyficzne dla tych linii komórki macierzyste. W niniejszej pracy opisano klasyczne i współczesne modele powstawania pierwotnych linii komórkowych w zarodku myszy oraz przedstawiono molekularną i komórkową regulację tych procesów. Omówiono rolę czynników transkrypcyjnych zaangażowanych w wyodrębnianie tych struktur w blastocyście oraz utrzymywanie trzech różnych typów komórek macierzystych, które można z nich uzyskać w hodowli in vitro.

Słowa kluczowe: blastocysta, linie komórkowe, węzeł zarodkowy, trofektoderma, epiblast, hipoblast, komórki macierzyste, Oct4, Cdx2, Nanog, Gata4/6.

Ludzkie zarodkowe komórki macierzyste – regulacja pluripotencji i różnicowania

Streszczenie: Ludzkie zarodkowe komórki macierzyste – ES (ang. Embryonic Stem) są to komórki uzyskane z przedimplantacyjnych zarodków w stadium blastocysty. W odpowiednich warunkach można je hodować in vitro. Ze względu na swoje unikalne właściwości: nieograniczoną zdolność do samoodnowy oraz pluripotencję, czyli możliwość różnicowania we wszystkie tkanki obecne w organizmie, wzbudzają one duże nadzieje na ich zastosowanie nie tylko w badaniach naukowych, ale także w terapiach różnego rodzaju schorzeń. Artykuł ten ma na celu opisanie mechanizmów pozwalających na zachowanie pluripotencji, samoodnawianie, ale także różnicowanie ludzkich zarodkowych komórek macierzystych. Opisuje on również alternatywne, niewymagające uśmiercania ludzkich zarodków i niewzbudzające zastrzeżeń natury etycznej źródła pozyskiwania pluripotentnych komórek. Szczególną uwagę poświęcono pracom, które pozwoliły na ustalenie optymalnych metod hodowli tych komórek.

Słowa kluczowe: ludzkie zarodkowe komórki macierzyste, pluripotencja, Oct3/4, Nanog.

Streszczenie: W 2006 roku opublikowano wyniki doświadczeń, w których po raz pierwszy przekształcono komórkę somatyczną – fibroblast w komórkę pluripotentną, czyli taką, z której mogą powstać wszystkie tkanki budujące zarodek. Historia badań, które poprzedziły ten spektakularny sukces, jest długa i obejmuje zarówno prace, które doprowadziły do opracowania technik klonowania zwierząt, jak i takie, dzięki którym możliwe było uzyskanie zarodkowych komórek macierzystych. Niniejsza praca przedstawia historię badań poprzedzających erę indukowanych komórek pluripotentnych, jak również opisuje pionierskie doświadczenia, które doprowadziły do ich uzyskania, stosowane obecnie metody reprogramowania oraz perspektywy wykorzystania tych komórek.

Słowa kluczowe: komórki ES, komórki iPS, pluripotencja, Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc, różnicowanie.

Małe komórki macierzyste przypominające komórki embrionalne izolowane z tkanek dorosłych – obecny stan badań

Streszczenie: Najnowsze badania wskazują, że pluripotencjalne komórki macierzyste (PKM) występują w tkankach dorosłych organizmów. Należą do nich m.in. wyizolowane ze szpiku kostnego i innych narządów tzw. małe embrionalno-podobne komórki macierzyste – VSELs (ang. Very Small Embryonic-Like Stem cells). Cechą charakterystyczną komórek VSELs jest ekspresja markerów typowych dla pluripotencjalnych komórek epiblastu, które to we wczesnych etapach embriogenezy podczas gastrulacji uczestniczą w formowaniu listków zarodkowych i dają początek różnym liniom komórkowym. Uważamy, że komórki VSELs deponowane stopniowo w rozwijających się tkankach odgrywają ważną rolę w utrzymywaniu puli tkankowo specyficznych komórek macierzystych. Stanowią one pierwotne źródło wszystkich komórek rozwijającego się organizmu podczas ontogenezy, przeżywają w dojrzałych tkankach i tym samym pozostają źródłem ukierunkowanych tkankowo komórek macierzystych. W odpowiedzi na uszkodzenie tkanek i narządów (np. w zawale mięśnia sercowego, udarze mózgu) VSELs mogą być mobilizowane i krążyć we krwi obwodowej. Ponadto jak wykazano, modyfikacja metylacji niektórych genów wykazujących piętno genomowe chroni VSELs przed niekontrolowaną proliferacją i tworzeniem potworniaków. Zaburzenie tego procesu w sytuacjach patologicznych może prowadzić do udziału VSELs w rozwoju niektórych typów nowotworów (np. potworniaków, guzów germinalnych, mięsaków wieku dziecięcego).

Słowa kluczowe: VSELs, Oct-4, komórki pluripotencjalne, regeneracja, „plastyczność”.

Streszczenie: Mezenychmalne komórki macierzyste (MSC) to adherentne komórki, izolowane ze szpiku kostnego, tkanki tłuszczowej lub innych tkanek, mające zdolność do multipotentnego różnicowania. MSC stanowią nadzieję w leczeniu licznych chorób degeneracyjnych, w tym także takich, które pojawiają się u osób starszych. Rozważa się możliwość ich wykorzystania w terapii komórkowej, a także w przeszczepach autologicznych, bez wywoływania reakcji immunologicznej. Dlatego, istotne jest, aby poznać i zrozumieć zależności miedzy starzeniem się organizmów a właściwościami tej populacji komórek macierzystych. Niniejsza praca przedstawia stan wiedzy na temat zmian morfologicznych i funkcjonalnych, takich jak zdolność do podziałów czy różnicowania, mezenchymalnych komórek macierzystych wraz z wiekiem, a także podczas starzenia in vitro. Dyskutowane są mechanizmy decydujące o zmianach w starzejących się MSC, takich jak: skracanie telomerów czy wpływ wolnych rodników na strukturę i funkcje MSC, a także wrażliwość tych komórek na niekorzystne warunki środowiskowe w zależności od wieku dawcy. Analizowane wyniki doświadczeń są często niespójne, jednak większość badań in vitro wskazuje, że komórki pochodzące od starych organizmów mogą wykazywać słabsze zdolności terapeutyczne w porównaniu z komórkami izolowanymi od młodych organizmów. Wyniki nielicznych prób klinicznych prowadzonych u ludzi nie pozwalają na wyciągnięcie wniosków odnośnie wpływu wieku dawcy komórek na efektywność zastosowanej terapii komórkowej.

Słowa kluczowe: mezenchymalne komórki macierzyste, starzenie, potencjał różnicowania, przeszczep komórkowy.

Identyfikacja i molekularne cechy komórek macierzystych gruczołu sutkowego

Streszczenie: Komórki macierzyste to komórki mające możliwość samoodnowy i różnicowania we wszystkie typy komórek budujących w pełni funkcjonalny narząd. Prawidłowe funkcjonowanie komórek macierzystych i progenitorowych jest podstawą wzrostu, różnicowania i regeneracji nabłonka wydzielniczego podczas powtarzających sie cykli ciąży, laktacji i inwolucji. Izolacja i charakterystyka komórek macierzystych gruczołu sutkowego jest kluczowym elementem zrozumienia procesów rozwoju, prawidłowego funkcjonowania, jak również powstawania nowotworów sutka. Opracowano kilka metod identyfikacji i charakterystyki komórek macierzystych i progenitorowych. Występowanie komórek macierzystych w gruczole sutkowym potwierdzono wykorzystując zarówno metody analizy ultrastrukturalnej in situ, jak i powszechnie stosowane systemy funkcjonalnej charakterystyki in vitro i in vivo. Najczęściej wykorzystywanymi wskaźnikami komórek macierzystych gruczołu sutkowego są białka powierzchniowe, takie jak: receptory integrynowe, Sca-1, CD24 i brak receptorów hormonów steroidowych. Niestety dotychczas nie udało sie zidentyfikować markera charakterystycznego tylko i wyłącznie dla komórek macierzystych. Identyfikacja specyficznych białek wskaźnikowych pozwoli na sporządzenie molekularnego portretu transkryptomicznego komórek macierzystych gruczołu sutkowego i ustalenie kluczowych genów zaangażowanych w proces jego prawidłowego rozwoju.

Słowa kluczowe: gruczoł sutkowy, komórki macierzyste, rozwój, różnicowanie.

Trójwymiarowe hodowle komórek nabłonka gruczołu sutkowego jako model badawczy procesu różnicowania

Streszczenie: Gruczoł sutkowy jest narządem zbudowanym z sieci przewodów i kanalików mlekonośnych zakończonych pęcherzykami wydzielniczymi, które otacza zrąb tkanki mezenchymalnej. Pęcherzyki wydzielnicze składają się z komórek mioepitelialnych oraz komórek nabłonka gruczołu sutkowego wykazujących polaryzację szczytowo-podstawną i osiągających pełne, funkcjonalne zróżnicowanie dopiero w okresie laktogenezy. Dlatego też gruczoł sutkowy stanowi dobry model do badań nad procesami różnicowania komórek nabłonkowych. Opracowanie metod trójwymiarowych (3D) kultur komórkowych, opartych na hodowli komórek na tzw. zrekonstruowanej błonie podstawnej, komercyjnie dostępnej pod nazwą Matrigel dodatkowo umożliwiło badaczom lepsze odtworzenie warunków panujących in vivo i ogromny postęp w badaniach dotyczących procesów polaryzacji i różnicowania komórek. Niniejsza praca ma na celu podsumowanie wyników najnowszych badań, wykonanych z zastosowaniem hodowli 3D komórek nabłonka gruczołu sutkowego, które wskazują na zasadniczą rolę składników macierzy zewnątrzkomórkowej w regulacji procesów polaryzacji oraz różnicowania komórek nabłonkowych.

Słowa kluczowe: gruczoł sutkowy, nabłonek, macierz zewnątrzkomórkowa, integryny, różnicowanie.

Rola genów antyoksydacyjnych w komórkach progenitorowych śródbłonka i mięśniowych komórkach satelitarnych

Streszczenie: Badania ostatnich lat wskazują, że regulacja powstawania i neutralizacji reaktywnych form tlenu (ROS) jest kluczowa dla prawidłowego funkcjonowania komórek progenitorowych, w tym komórek progenitorowych śródbłonka (EPC) i mięśniowych komórek satelitarnych. Komórki te często narażone są na działanie w warunkach stresu oksydacyjnego i charakteryzują się wysokim poziomem ekspresji genów antyoksydacyjnych. Prezentowany artykuł omawia mechanizmy ochrony komórek przed szkodliwym, cytotoksycznym działaniem ROS oraz wskazuje na znaczenie niskich stężeń ROS w regulacji migracji, proliferacji i dojrzewania komórek progenitorowych.

Słowa kluczowe: geny antyoksydacyjne, komórki progenitorowe śródbłonka, mięśniowe komórki satelitarne, stres oksydacyjny.

Streszczenie: Coraz częstsze występowanie cukrzycy typu 2 stanowi wyzwanie zarówno dla lekarzy, jak i naukowców. Mimo wyjaśnienia wielu mechanizmów powodujących pogorszenie funkcjonowania śródbłonka oraz mimo opracowania nowych strategii terapeutycznych, liczne powikłania naczyniowe wciąż prowadzą do przedwczesnej śmierci pacjentów. Wykazano, że podwyższone ryzyko sercowo-naczyniowe związane z cukrzycą koreluje ze spadkiem liczby i upośledzeniem funkcji komórek progenitorowych śródbłonka (EPC). Co więcej, stwierdzono, że hiperglikemia pogarsza działanie EPC zarówno in vivo, jak i in vitro. EPC biorą udział w tworzeniu i naprawie naczyń krwionośnych przez bezpośrednią inkorporację do uszkodzonych miejsc oraz przez parakrynną stymulację komórek sąsiednich. Wydaje się zatem, że terapia komórkowa z wykorzystaniem EPC może doprowadzić do poprawy stanu zdrowia pacjentów cierpiących z powodu trudno gojących się ran czy owrzodzeń. Z drugiej strony, potrzebne są dodatkowe badania, aby lepiej wyjaśnić potencjalnie negatywne skutki nadmiernej aktywności EPC, np. w retinopatii cukrzycowej.

Słowa kluczowe: cukrzyca, komórki progenitorowe śródbłonka, powikłania cukrzycowe.

Proangiogenna terapia komórkowa: obiecująca perspektywa czy złudna nadzieja?

Streszczenie: Udowodnienie istnienia komórek progenitorowych śródbłonka – EPC (ang. endothelial progenitor cells) i ich udziału w postnatalnym powstawaniu naczyń krwionośnych znacząco wpłynęło na perspektywę możliwości zastosowania terapeutycznej angiogenezy w leczeniu chorób układu krążenia oraz innych schorzeń zależnych od unaczynienia tkanki. Początkowe badania dotyczące komórek EPC wyraźnie sugerowały, że zastosowanie ich w klinice może przynieść poprawę jakości życia wielu chorym niekwalifikującym się do rewaskularyzacyjnych zabiegów operacyjnych. Jednak podjęte później pierwsze próby kliniczne terapii komórkowej z wykorzystaniem komórek EPC mocno zweryfikowały tę hipotezę, nie zachwycając wynikami terapeutycznymi. Dodatkowo, brak ściśle ustalonych markerów pozwalających jednoznacznie zidentyfikować tę populację komórkową oraz brak wystarczających danych o molekularnych mechanizmach funkcjonowania EPC utrudnia badania dotyczące proangiogennej terapii komórkowej. Jednak mimo tych trudności, prace nad zastosowaniem tej strategii w chorobach układu krążenia postępują w ogromnym tempie, a nowe odkrycia w tej dziedzinie budzą duże nadzieje.

Słowa kluczowe: proangiogenna terapia komórkowa, komórki progenitorowe śródbłonka, angiogeneza, waskulogeneza.

Udział niemięśniowych komórek macierzystych w regeneracji mięśni szkieletowych

Streszczenie: Mięśnie szkieletowe są zdolne do regeneracji w odpowiedzi na uszkodzenie będące wynikiem na przykład urazu mechanicznego, działania toksyny lub choroby. Kluczową rolę w tym procesie odgrywają komórki satelitowe zlokalizowane w mięśniu szkieletowym. Jednak zarówno w warunkach fizjologicznych, jak i eksperymentalnych w regenerację mogą zostać zaangażowane komórki macierzyste rezydujące w mięśniu lub pochodzące z innego źródła. Budzi to nadzieje na potencjalne wykorzystanie tych komórek w terapii chorób mięśni szkieletowych, takich jak dystrofie mięśniowe czy rdzeniowy zanik mięśni. U pacjentów cierpiących na te choroby obserwuje się zaburzenia regeneracji mięśni, często powiązane z wyczerpaniem lub zmniejszeniem endogennej populacji komórek satelitowych. Dlatego wykorzystanie komórek macierzystych mogłoby spowodować przywrócenie możliwości odbudowy mięśni szkieletowych. Jednak taka terapia będzie możliwa dopiero po przeprowadzeniu precyzyjnej analizy właściwości komórek macierzystych, której kluczowym elementem jest ocena ich potencjału miogenicznego, czyli zdolności do różnicowania w komórki i włókna mięśniowe. Niniejsza praca podsumowuje aktualny stan wiedzy na temat potencjału miogenicznego różnych populacji komórek macie-rzystych i wskazuje te z nich, które mają szansę stać się źródłem komórek przeszczepianych podczas terapii chorób mięśni szkieletowych.

Słowa kluczowe: mięśnie szkieletowe, regeneracja, komórki macierzyste, transplantacja, potencjał miogeniczny.

Próby przedkliniczne i kliniczne zastosowania komórek macierzystych do regeneracji mięśnia sercowego

Streszczenie: W pracy poglądowej przedstawiono obecną klasyfikację i hierarchię komórek macierzystych, wskazano na źródła komórek macierzystych oraz ich poszczególne podtypy, które wykorzystywane są w próbach klinicznych, jak i przedklinicznych dla regeneracji mięśnia sercowego. Dokonano szczegółowej analizy sposobu podawania komórek do mięśnia sercowego, tj. a) intramiokardialnie, b) przezskórnie, c) systemowo oraz wpływu drogi podania komórek na stopień zasiedlenia w miokardium. Przy pomocy publikowanych meta-analiz dokonano syntezy poszczególnych prób w zakresie naprawy: a) pozawałowego mięśnia sercowego, b) serca w stanie przewlekłego niedotlenienia, c) mięśnia sercowego w stanie zastoinowej niewydolności . Wskazano też na nowe podejścia naukowo-badawcze dążące do optymalizacji protokołów klinicznych zmierzających do regeneracji miokardium.

Słowa kluczowe: regeneracja mięśnia sercowego, komórki macierzyste, próby kliniczne.

Przyżyciowa ocena funkcji komórek macierzystych wszczepionych do narządów o niskim stopniu samoodnawialności

Streszczenie: Poszczególne narządy człowieka mają własne rezerwy tkankowe, jakkolwiek istnieją narządy o dużym i małym potencjale samoodnawialności. W zainteresowaniu medycyny regeneracyjnej znajdują się zwłaszcza te drugie, reprezentowane przez mięsień sercowy, ośrodkowy układ nerwowy i trzustkę. W pracy przedstawiono próby określenia funkcjonowania komórek macierzystych w tych właśnie narządach i tkankach. Środowisko przedstawionych narządów różni się w aspekcie trwałości zasiedlenia przez komórki macierzyste; ten aspekt jest korzystny w przypadku organów ośrodkowego narządu nerwowego. W pozostałych stopień zasiedlenia komórek określany bardzo precyzyjnymi pomiarami jest raczej nikły (np. dla regeneracji trzustki wykorzystuje się raczej miejsca ektopowe dla produkcji i wydzielania insuliny), jakkolwiek stale trwają próby udoskonalenia systemu podawania komórek do miejsca patologicznie zmienionego. Obecnie używane techniki obrazowania komórek, jak MRI (rezonans magnetyczny), SPECT (połączenie tomografii emisyjnej pojedynczego fotonu z klasyczną tomografią komputerową) czy PET (wykorzystanie promieniowania rejestrowanego podczas anihilacji pozytronów) potrafią niezwykle precyzyjnie określić pozycję komórki i jej aktywność funkcjonalną. Każde z tych obecnie stosowanych narzędzi ma swoje silne i słabe strony wynikające z charakterystyki związków chemicznych, którymi się posługuje. Przykłady wykorzystywanych związków w poszczególnych próbach przedklinicznych i kontrowersje pomiarowe przedstawione są w niniejszej pracy.

Słowa kluczowe: obrazowanie, komórki macierzyste, organy o niskiej samoodnawialności.

Rola komórek macierzystych w procesie endogennej regeneracji ośrodkowego układu nerwowego na przykładzie wybranych schorzeń naczyniowych

Streszczenie: Ośrodkowy układ nerwowy (OUN) postrzegany jest jako nadrzędny układ w organizmie, który pełni kluczową rolę regulacyjną i decyzyjną na poziomie wieloukładowym i behawioralnym. Rozpowszechnienie schorzeń obejmujących OUN, przy jednoczesnym braku skutecznej terapii, rodzi pytania o możliwość zachowania lub odtworzenia funkcji nerwowych siłami organizmu. Obecność heterogennej populacji komórek macierzystych (KM) i progenitorowych w różnych obszarach siatkówki oka i mózgu jest dobrze udokumentowana. Potwierdzono także związek mobilizacji KM ze szpiku kostnego do krwi obwodowej z uszkodzeniem struktur nerwowych. Niedawne odkrycia wykazujące obecność w siatkówce oka oraz mobilizowanej krwi obwodowej bardzo małych, podobnych do embrionalnych komórek o cechach pluripotencjalnych wskazują na teoretycznie nieograniczone potencjalne możliwości naprawcze organizmu. Niemniej jednak, mechanizm działania KM w procesie regeneracji uszkodzonej tkanki nerwowej wymaga dalszych badań.

Słowa kluczowe: ośrodkowy układ nerwowy (OUN), komórki macierzyste (KM), regeneracja, siatkówka oka, szpik kostny, VSEL SCs.

Modyfikacje genetyczne w komórkach macierzystych na potrzeby terapii genowej ex vivo

Streszczenie: Postęp badań związanych z komórkami macierzystymi włączając ich modyfikacje genetyczne pozwolił na uzyskanie niezmiernie obiecujących wyników. Jedną z głównych barier, które napotkała terapia genowa ex vivo, jest dostarczenie przygotowanej konstrukcji genetycznej do komórek docelowych. Zarówno wektory plazmidowe wprowadzane metodami fizykochemicznymi, jak i wektory wirusowe mają swoje miejsce w przygotowaniach czynionych w celu implantowania do narządu biorczego modyfikowanych genetycznie komórek allo- lub autologicznych. Modyfikacje genetyczne obejmują geny terapeutyczne, reporterowe czy sekwencje regulatorowe mogące wspomagać implantację komórek macierzystych, ograniczać stan zapalny czy apoptozę lub wspomagać fizjologiczną funkcję uszkodzonych narządów czy struktur. Opracowanie przedstawia postępy w opracowaniu genetycznych konstrukcji oraz wskazuje na główne trendy wykorzystywania modyfikowanych komórek macierzystych w próbach terapii chorób tak wrodzonych, jak i nabytych.

Słowa kluczowe: komórki macierzyste, modyfikacje genetyczne, wektory, regeneracja narządowa.