Seria innych eksperymentów polegała na wstrzyknięciu nerwowych komórek macierzystych do kurzych i mysich embrionów. Komórki macierzyste śledzono za pomocą specjalnego znacznika, który można było zauważyć jako niebieskie barwienie. (Ryc. 5)

Rycina 5. Wybarwione na niebiesko nerwowe komórki rozpoczynają swoją wędrówkę po wstrzyknięciu do embrionu mysiego (A) i kurzego (B). Na zdjęciu oznaczono warstwy: ne — neuroektorderma, m — mezoderma i e — endoderma. [22] ^{[ 1 ]}

W obu przypadkach komórki potomne z iniekcji znalazły się w wielu tkankach gospodarza wystawione na działanie różnych czynników stymulujących do różnicowania. Okazało się, że zintegrowały się one całkowicie z nowymi tkankami, będąc morfologicznie nierozróżnialne. Jedynie dzięki specjalnym znacznikom udało się je zidentyfikować (Ryc. 6 i 7). Dały one początek tkankom takim jak wątroba, komórki mięśniowe czy epiderma, czyli komórkom należącym do wszystkich trzech warstw zarodkowych.[22]

Rycina 6. Stadium embrionalne kury (przekrój poprzeczny) z wybarwionymi na niebiesko komórkami macierzystymi. Na zdjęciu zaznaczono m.in.: sc - rdzeń kręgowy, n — struna grzbietowa, li — wątroba, s — żołądek. [22] ^{[ 1 ]}


Rycina 7. Porównanie mysiego embrionu: po lewej normalny embrion, po prawej chimera po wstrzyknięciu nerwowych komórek macierzystych. Niebieskie i ciemnozielone kolory wykrywają ich obecność. [22] ^{[ 1 ]}

Co siedzi jeszcze pod skórą?

Okazuje się, że komórki skórne — fibroblasty biorą udział w formowaniu nowych włókien mięśniowych, po transplantacji do regenerującego się mięśnia.[24]

W Europie prowadzi się już próby kliniczne regeneracji ludzkiego rdzenia kręgowego po urazach. Komórki macierzyste pobierane są z komory nosowej i przeszczepiane w region uszkodzonego rdzenia podczas jednego zabiegu chirurgicznego. Terapia wydaje się obiecująca w rekonwalescencji niedawnych urazów.

Podsumowanie: wielka szansa czy złudne nadzieje?

Powyższe badania podważyły długo panujący dogmat o braku zdolności przekształcania dorosłych komórek macierzystych w linie komórkowe niespecyficzne dla danej tkanki. Uważano, że komórki przechodzą przemiany wyłącznie w jednym kierunku bez możliwości zmiany losu. Rozwój badań nad tą kwestią spowodował spore sukcesy i mnóstwo publikacji. O ile większość doświadczeń została przeprowadzona na myszach, istnieją również przypadki sugerujące podobny fenomen w takich organizmach jak muszka owocowa czy człowiek.

Według klasycznego modelu komórka dzieli się podążając ścisłą drogą pomiędzy kolejnymi pokoleniami komórek, prowadząc do powstania dwóch potomnych komórek macierzystych — prekursorów, które dalej odpowiednio stymulowane zamieniają się w dwie niezależne, wyspecjalizowane linie komórkowe. Według Jonasa Frisena wyróżnić można trzy główne drogi niespodziewanej zmiany losu komórek macierzystych.[23] (Ryc. 8) Pierwszym z nich jest transróżnicowanie (ang. transdifferentiation), które zachodzi, kiedy w pełni zróżnicowana komórka przejmuje fenotyp innej zróżnicowanej komórki, często bez podziału. Inny proces zwany transdeterminacją (ang. transdetermination) polega na zmianie właściwości pomiędzy dwiema komórkami macierzystymi bądź prekursorami. Trzecia droga to deróżnicowanie (ang. dedifferentiation), czyli zmiana prekursora w pierwszą generację komórek macierzystych i zróżnicowanie w zupełnie inną linię.

Rycina 8. Proponowane rodzaje dróg ku zmianie tożsamości komórkowej. [23] ^{[ 2 ]}

W ostatnich latach pojawiły się również wątpliwości świadczące o innym charakterze notowanych przemian i sprowokowały dyskusję nad interpretacją wyników. Okazuje się, że część procesów uważana za plastyczność komórek macierzystych mogła być przypisana zupełnie innym, niedawno poznanym procesom.

Po pierwsze, wiele doświadczeń prowadzonych było w warunkach nienaturalnych, często czysto eksperymentalnych — na przykład ASC wstrzyknięte zostały do zwierzęcych embrionów. Ich celem była raczej wnikliwa analiza samych komórek niż symulacja warunków fizjologicznych. Problem w tym, że nie wszystko co działa in vitro będzie działać in vivo. Wielu naukowców podważa również naturalne istnienie MAPC, które wydają się jednym z najbardziej znaczących sukcesów w poszukiwaniu plastyczności u ASC. Uważa się, że mogą one być skutkiem hodowli, nie ma jednoznacznego dowodu, że występują one in vivo. [1] Poza tym większość znaczących efektów zaobserwowana została w warunkach patologicznych, po podrażnieniu, uszkodzeniu lub osłabieniu ustroju. Czy fakt wymuszonej adaptacji wstrzykniętych komórek nie przekłamuje zbyt entuzjastycznych wyników? Przypadki plastyczności ASC podczas normalnego rozwoju są znacznie mniej liczne, jednak obecne — na przykład nerwowa ektoderma daje początek mezodermalnym pochodnym, innym przykładem są płytki epidermalne, zgrubienia prymitywnej skóry, które mogą powstać z leżącej poniżej warstwy nerwowej.

Istnieje kilka sugestii w jaki sposób pewne procesy mogą przekłamać wyniki doświadczeń. Jedną z nich jest niehomogeniczność źródła — jest bardzo prawdopodobne, że komórki używane do doświadczeń mogły zawierać nie tylko komórki jednego rodzaju. Na przykład komórki szpiku kostnego użyte do iniekcji mogły zawierać rezydujące w nim prekursory mięśniowych czy wątrobowych komórek.. Innym powodem nadinterpretacji może być zbyt intensywne namnażanie komórek na pożywkach — mogą one tworzyć wtedy odrębne linie i posiadać zupełnie inną charakterystykę. Wreszcie wspominana wyżej fuzja komórek może być w dużym stopniu mylnie identyfikowana z plastycznością ASC. Proces ten polega na zlaniu się dwóch komórek, które są w stanie przywrócić fizjologiczną równowagę poprzez odrzucenie nadkompletu chromosomów. Jednak marker genetyczny może pozostać i wskazywać, że komórka macierzysta uległa zróżnicowaniu. W rzeczywistości zaś nastąpiło połączenie komórek, które bynajmniej nie świadczy o plastyczności badanych komórek macierzystych. (Ryc. 9)

Rycina 9. Przykład fuzji komórek, która może być przyczyną błędnej identyfikacji i przypisaniu komórkom macierzystym plastyczności. [23] ^{[ 2 ]}

Naukowcy uważają, że na obecnym etapie nowe badania powinny być przyjmowane na równi z entuzjazmem jak i sceptycyzmem. Nie jesteśmy na razie w stanie stwierdzić jednoznacznie, czy wyniki badań są rzeczywistym dowodem na plastyczność dorosłych komórek macierzystych, czy artefaktem na skutek wyżej wspomnianych procesów. Badania nad komórkami macierzystymi są obecnie jedną z najbardziej atrakcyjnych dziedzin w biologii eksperymentalnej, możemy spodziewać się więc znacznych postępów jeszcze w tej dekadzie. Naukowcy mają w swoim ręku potężne narzędzia jakie ofiaruje im biologia molekularna, należy się tylko zastanowić jak je użyć. Wydaje się, że problem etyczny związany z manipulacjami genetycznymi pozostanie przez jeszcze długi czas nierozwiązany, dlatego przełomowe odkrycia w kwestii ASC są bardzo pożądane i powinny pogodzić obie strony konfliktu, łącząc je w jeden cel: dobro ludzkości.

*

Literatura:
[1] Orkin S.H. and Morrison S.J, Stem-cell competition, Nature Vol 418, 4 July 2002
[2] Vladimir Mironov et al., Organ printing: computer-aided jet-based 3D tissue engineering, Trends Biotechnol. 2003 Apr;21(4):157-61
[3] Celeste Biever, UN postpones global human cloning ban, New Scientist 07 Nov 2003
[4] Andy Coghlan, Europe backs embryonic stem cell research, New Scientist 19 Nov 2003
[5] Alexandra Goho, Stem cells enable paralysed rats to walk, New Scientist 03 July 2003
[6] Peter Adlhous, Can they rebuild us?, Nature Vol 410 5 April 2001
[7] Ferrari G et al., Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors., Science 1998, 279:1528-30
[8] Gussoni E et al., Dystrophin expression in the mdx mouse restored by stem cell transplantation, Nature 1999, 401:390-4
[9] Orlic D et al., Bone marrow cells regenerate infracted myocardium, Nature 2001, 10:701-5
[10] Fraser J.K et al., Adult stem cell therapy for the heart, Int. J. Biochem. & Cell Biol.36 (2004) 658-666
[11] Petersen VE et al., Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells., Science 1999, 284:1168-70
[12] Alison MR et al., Hepatocytes from non-hepatic adult stem cells., Nature 2000, 406:257
[13] Theise ND et al., Liver from bone marrow in humans, Hepatology 2000, 32:11-16
[14] Horwitz EM et al., Transplantability and therapeutic effects of bone marrow-derived mesenchymal cells in children with osteogenesis imperfecta. Nature Medicine 1999, 5: 309-13
[15] Kopen GC, Marrow stromal cells migrate throughout forebrain and cerebellum, and they differentiate into astrocytes after injection into neonatal mouse brains., Proc Natl Acad Sci USA 1999, 96:10722-16
[16] Brazelton TR et al., From marrow to brain: expression of neuronal phenotypes in adult mice., Science 2000, 290:1775-79
[17] Mezey E et al., Turning blood into brain: cells bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow., Science 2000, 290:1779-1782
[18] Yueha Jijang et al., Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow., Nature Vol 418, 4 July 2002
[19] Diana Clarke and Jonas Frisen, Differentiation potential of adult stem cells, Current opinion in Genetics & Development 2001, 11:575-80
[20] Bjornson CR et al., Turning brain into blood: a hematopoietic fate adopted by adult neural stem cells in vivo., Science 1999, 283:534-537
[21] Galli R et al., Skeletal myogenic potential of human and mouse neural stem cells. Nature Neuroscience, 2000, 3:986-991
[22] Diana Clarke and Jonas Frisen, Generalized Potential of Adult Neural Stem Cells, Science 2000, Vol 288: 1660-63
[23] Jonas Frisen, Stem Cell Plasticity?, Neuron 2002, Vol. 35, 415-18
[24] Pye D, Watt DJ., Dermal fibroblasts participate in the formation of new muscle fibres when implanted into regenerating normal mouse muscle, J Anat. 2001 Feb; 198(Pt 2):163-73.

Po przeczytaniu tego tekstu, czytelnicy często wybierają też: Za wcześnie na komórki macierzyste? Przełom w badaniach nad komórkami macierzystymi

Comment on this article..   See comments (2)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Marcin Klapczyński Ukończył biologię molekularną na Uniwersytecie Adama Mickiewicza w Poznaniu. Pracował jako Research Specialist in Health Science w Department of Anatomy and Cell Biology na University of Illinois w Chicago. Obecnie pracuje jako Associate Cell Biologist / Histologist w Abbott Laboratories (Illinois). Specjalizuje się w ekspresji białek 'od zera', hodowlach linii komórkowych, symulacji in vitro procesów zachodzących w komórkach. Jego pasją jest teoria ewolucji, w szczególności ewolucja systemów biochemicznych i pochodzenie życia we Wszechświecie.  Number of texts in service: 22  Show other texts of this author  Number of translations: 1  Show translations of this author  Newest author's article: Wykonanie statywu Dobsona, złożenie i kolimacja teleskopu