W biologii komórki , A komórek macierzystych jest niezróżnicowanych komórek zdolnych do wytwarzania zarówno wyspecjalizowane komórki, różnicowania komórki i jest utrzymywany w organizmie przez symetrycznego lub asymetrycznego podziału . Komórki macierzyste są obecne we wszystkich żywych organizmach wielokomórkowych . Odgrywają kluczową rolę w rozwoju organizmów, a także w utrzymaniu ich integralności przez całe życie.
Badania nad zwierzęcymi komórkami macierzystymi są bardzo aktywnym polem badawczym, w szczególności ze względu na ich zastosowania w medycynie . Ta dziedzina badań przeszła ostatnio gwałtowną ekspansję dzięki opracowaniu technik umożliwiających generowanie w hodowli pluripotencjalnych komórek macierzystych z dowolnej komórki w ciele, o których mówi się, że te komórki macierzyste są indukowane . Jednakże, komórki macierzyste są również obecne w innych form życia wielokomórkowego, jak w merystemach z roślin .
Komórki macierzyste można rozróżnić ze względu na ich potencjał różnicowania:
Na potrzeby badań naukowych lub medycznych ludzkie komórki macierzyste (a ogólniej pochodzące od ssaków) można również klasyfikować ze względu na ich pochodzenie: embrionalne, płodowe lub dorosłe.
Zespoły Jamesa Alexandra Thomsona w Stanach Zjednoczonych (na ludzkich blastocystach) i Shinya Yamanaka w Japonii (komórki myszy) zdołały w 2007 roku odróżnicować się z komórek dorosłych w embrionalne komórki macierzyste poprzez transformację genetyczną. Mogłoby to oznaczać ważny postęp, ponieważ umożliwiłoby badania nad embrionalnymi komórkami macierzystymi bez wykorzystywania do tego celu embrionów.
W 2007 r. profesorowi Yamanaka (Uniwersytet w Kioto) udało się wyprodukować komórki macierzyste z dorosłych komórek somatycznych poprzez wprowadzenie czynników transkrypcyjnych do komórek somatycznych. Jednym z problemów, jakim było zastosowanie onkogenu c-myc , zajął się rok później ten sam zespół. Komórki te mogą pod wpływem pewnych czynników (również onkogennych ) różnicować się w różne typy tkanek i jest nadzieja, że w niedalekiej przyszłości będą w stanie wykorzystać komórki macierzyste do leczenia chorób mózgu, takich jak choroba Alzheimera .
Nazywane również „komórkami ES” (z angielskiego embrionic stem , „embrionous stem”), są to pluripotencjalne komórki macierzyste obecne w zarodku krótko po zapłodnieniu do tzw. etapu rozwoju blastocysty, w którym nadal stanowią wewnętrzną masę komórkową ( inne komórki blastocysty to komórki trofektodermy ).
Komórki te są źródłem wszystkich tkanek w dorosłym ciele i dlatego są pluripotencjalne . Mogą być izolowane i hodowane in vitro w stanie niezróżnicowanym. W ściśle określonych warunkach hodowli (zawiesina, poszczególne czynniki wzrostu itp.) ich różnicowanie może być ukierunkowane na dany typ komórek (neurony, melanocyty, komórki mięśniowe, krwinki itp.).
Embrionalne komórki macierzyste izolowano i hodowano w myszach od wczesnych lat osiemdziesiątych, co umożliwiło opracowanie techniki unieważniania genów przez rekombinację homologiczną (lub knock-out ), która pozwala, po reintrodukcji tych komórek zmutowanych w zarodku biorcy i krzyżówkach, na uzyskać myszy homozygotyczne dla mutacji w danym genie.
W praktyce pobiera się je z komórek wewnętrznej masy blastocysty (zarodka posiadającego mniej niż 150 komórek), co wymaga zniszczenia zarodka. Można je otrzymać z zamrożonych zarodków nadliczbowych , powstałych w wyniku zapłodnienia in vitro lub poprzez klonowanie (przeniesienie jądra komórki do komórki jajowej wcześniej pozbawionej własnego).
Komórki te mogą pozwolić na opracowanie terapii komórkowej dla wielu patologii zwyrodnieniowych (np. regeneracja neuronów dopaminowych uszkodzonych w chorobie Parkinsona po ponownym wprowadzeniu do mózgu, naprawa uszkodzonej tkanki mięśnia sercowego po zawale, itp.) Patrz Komórka macierzysta (lek) .
Płodowa komórka macierzysta to rodzaj multipotencjalnej komórki macierzystej pochodzenia płodowego . Można je pobrać z płodów powstałych w wyniku dobrowolnego przerwania ciąży . Płodowe komórki macierzyste charakteryzują się tym, że są już zorientowane na określony typ komórek.
Dorosłe komórki macierzyste to niezróżnicowane komórki znajdujące się w tkankach, które składają się głównie z komórek zróżnicowanych w większości dorosłych tkanek i narządów. Są to zwykle komórki multipotencjalne. Są w stanie dać początek różnym liniom komórkowym danej tkanki . Stanowią podstawę naturalnej odnowy tkanki i jej naprawy po urazach.
Nazywane są „ somatycznymi ” (z greckiego σωμα sōma = ciało), w przeciwieństwie do komórek rozrodczych i można je znaleźć nie tylko u dorosłych, ale także u dzieci, a nawet w pępowinie .
Komórki macierzyste często są w stanie przeprowadzić dwa rodzaje podziału komórki : jeden, klasyczny, mówi się, że jest symetryczny (komórka dzieli się na 2 komórki macierzyste) oraz asymetryczny, co z jednej strony daje komórkę progenitorową, bardziej zróżnicowaną , a z drugiej komórki macierzystej. Zatem to właśnie zastosowanie podziału symetrycznego pozwala populacji macierzystej na mniej lub bardziej stałą liczebność podczas wytwarzania zróżnicowanych komórek.
Tworzenie zróżnicowanej komórki składa się z dwóch kroków:
Możemy więc wyróżnić trzy fazy podczas tworzenia zróżnicowanej tkanki:
Między pierwszą fazą (proliferacja bez różnicowania) a trzecią (różnicowanie bez proliferacji) faza pośrednia jest bardzo elastyczna, pozwalając na mniej lub bardziej długie okresy dojrzewania, różne w zależności od linii komórkowych.
Komórki macierzyste istnieją przez całe życie organizmu, ale możemy odróżnić, zwłaszcza u ssaków , embrionalne komórki macierzyste i dorosłe komórki macierzyste.
Embrionalne komórki macierzyste są centralnymi komórkami rozwoju, ponieważ stopniowo generują wszystkie inne komórki w ciele, dzięki precyzyjnie zaaranżowanym etapom różnicowania i proliferacji, aby ostatecznie stworzyć żywotną wielokomórkową jednostkę.
Dorosłe komórki macierzyste są znacznie rzadsze, ponieważ po zakończeniu rozwoju potrzeba proliferacji może stać się niebezpieczna . Dlatego komórki macierzyste utrzymują się w małych miejscach w każdej tkance ; nisze te mają złożone mechanizmy utrzymania i są regulowane tak, aby wytwarzały tylko komórki niezbędne do utrzymania funkcjonalnego organizmu.
Te komórki macierzyste są mniej „pluripotencjalne” niż te, które stanowią zarodek: mogą wytwarzać tylko komórki specyficzne dla ich tkanki. Na przykład u dorosłych ssaków hematopoetyczne komórki macierzyste stale regenerują komórki krwi . Istnieją również jelitowe komórki macierzyste oraz nerwowe komórki macierzyste . Są one obecne tylko w dwóch odrębnych obszarach mózgu: hipokampie i strefie podkomorowej (obszar graniczący z komorami bocznymi ).
Obecność komórek macierzystych może służyć różnym mechanizmom w zależności od tkanki:
W 1981 roku embrionalne komórki macierzyste zostały zidentyfikowane u myszy przez Martina Evansa , Kaufmana i Martina, aw 1998 u ludzi przez zespoły Amerykanina Jamesa Alexandra Thomsona , Josepha Itskovitz-Eldora i Izraela Benjamina Reubinoffa. W 2000 roku ta ostatnia przekształciła komórki ES w neurony.
W 2006 roku indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) zostały niezależnie odkryte przez Shinya Yamanaka i Jamesa Alexandra Thomsona . Te komórki iPS są dojrzałymi komórkami, które w ten sposób umożliwiają rodzenie się wszystkich typów komórek w ciele. Ta technika obejmuje również przeprogramowanie genetyczne w laboratorium. Ponadto manipulacje genetyczne umożliwiają uzyskanie takich linii komórkowych bez niszczenia zarodków. Odkrycie to zostało nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny w 2012 roku dla Shinyi Yamanaki.
Istnieje kilka rodzajów technik pozyskiwania pluripotencjalnych komórek macierzystych:
W medycynie , zwierzęce i ludzkie komórki macierzyste były przedmiotem wielu badań od lat 90 , w nadziei na regenerację tkanek , a nawet stworzenie ich od podstaw , a najlepiej na odtworzenie narządów ( terapia komórkowa ) w taki sam sposób jak wynaleziono opozony . przez Auguste Lumière . Te potencjalne zalety dały początek eksperymentom z klonowaniem terapeutycznym w celu kontrolowania jego wytwarzania w dużych ilościach.
Pierwszy lek wytworzony z komórek macierzystych został zatwierdzony w:maj 2012przez władze kanadyjskie. To Prochymal , preparat otrzymywany z dorosłych mezenchymalnych komórek macierzystych .