Mezenchymalne komórki macierzyste, zwane po angielsku mesenchymal stem cells (MSCs), mogą tworzyć kilka typów komórek należących do grupy tkanek szkieletowych takich jak chrząstka, kości lub tłuszcz. Naukowcy badają potencjalne zastosowanie MSCs w celu leczenia chorób kości lub tkanki chrzęstnej. Część badań na MSCs koncentruje się na leczeniu innych schorzeń, jednak naukowe podstawy do zastosowania takich metod nie zostały jeszcze ustalone lub powszechnie zaakceptowane.

Mezenchymalne komórki macierzyste (MSCs) to multipotencjalne komórki macierzyste znajdujące się w szpiku kostnym, które są istotne ze względu na produkcję oraz naprawę tkanek  szkieletowych, takich jak chrząstki, kości i tłuszcz znajdujący się w szpiku kostnym. Nie należy mylić ich z hematopoetycznymi komórkami macierzystymi (krwi), które są również obecne w szpiku kostnym i są odpowiedzialne za produkcję krwi.

Komórki MSCs stanowią niewielki ułamek wszystkich komórek znajdujących się w szpiku kostnym, jednak naukowcom udało się wyodrębnić komórki MSCs do przeprowadzenia badań.

Najnowsze badania sugerują, że komórki MSCs są istotne przy tworzeniu niszowego środowiska, zwanego inaczej „domem” dla komórek macierzystych krwi w szpiku kostnym.

Obecnie naukowcy pracują nad leczeniem przy użyciu komórek MSCs, które pomoże w naprawie kości oraz chrząstek, np. przy urazach łąkotki kolana czy przy długotrwałych uszkodzeniach prowadzących do choroby zwyrodnieniowej stawów.

Naukowcy analizują również doniesienia, że komórki MSCs maja wpływ na tworzenie się nowych komórek krwi w uszkodzonych tkankach. Mogłoby to mieć istotne konsekwencje w zakresie możliwości naprawy tkanek uszkodzonych przez zawały serca i choroby.

Naukowcy badają również, jakie możliwości niosą ze sobą komórki MSCs w zakresie redukcji stanów zapalnych,  zmniejszeniu postępowania chorób autoimmunologicznych i zapobieganiu odrzuceniom przeszczepów.

Badania komórek macierzystych są skomplikowane, szczegółowe, powolne oraz trudne. Sprzeczne rezultaty na wczesnych (oraz obecnych) etapach badań MSC są przypomnieniem, że potrzeba dużej ilości czasu, aby przeprowadzić je prawidłowo.

Naukowcy nadal nie są pewni,  w jaki sposób komórki MSCs powinny być skutecznie dostarczane do uszkodzonych tkanek w ciele.

Przeszczepione komórki MSCs są często gwałtownie odrzucane przez organizm, co ogranicza możliwości ich stosowania. Naukowcy próbują opracować sposoby zatrzymywania komórek MSCs we właściwym miejscu oraz pobudzania ich do wytwarzania nowych chrząstek i kości.

Human mesenchymal stem cells

Mezenchymalne komórki macierzyste (MSCs) są przykładem tkanki lub “dorosłych” komórek macierzystych. Komórki te są „multipotencjalne”, czyli mogą się różnicować w więcej niż jeden typ wyspecjalizowanych komórek w naszym ciele, ale nie we wszystkie. MSCs tworzą różne wyspecjalizowane komórki znajdowane w tkankach szkieletowych. Na przykład, mogą się różnicować, lub specjalizować się, w komórki chrząstki (chondrocyty), komórki kości (osteoblasty) oraz komórki tłuszczowe (adipocyty). Każda z tych wyspecjalizowanych komórek posiada swój charakterystyczny kształt, strukturę oraz funkcję i należą do poszczególnych typów tkanek.

Wczesne badania naukowe wskazywały, że MSCs mogą także różnicować się w wiele innych typów komórek, które nie należą do tkanek szkieletowych, takich jak komórki nerwowe, komórki mięśnia sercowego, komórki wątroby oraz komórki śródbłonka (endotelialne), które tworzą wewnętrzną warstwę naczyń krwionośnych. Wyniki te nie zostały potwierdzone w dalszych badaniach. W niektórych przypadkach, wygląda na to, że komórki macierzyste ulegają fuzji z istniejącymi wyspecjalizowanymi komórkami, prowadząc do fałszywych wniosków na temat zdolności MSCs do różnicowania się w określone typy komórek. W innych przypadkach, nieprawdziwe wyniki spowodowane były związkami chemicznymi, które standardowo dodaje się w celu hodowli komórek w warunkach laboratoryjnych.

Różnicowanie się mezenchymalnych komórek macierzystych
Różnicowanie się mezenchymalnych komórek macierzystych: MSCs mogą tworzyć komórki tłuszczowe, chrząstki i kości. Nie zostało potwierdzone, aby mogły tworzyć inne typy komórek ciała. 

 

Jako pierwsze MSCs zostały znalezione w szpiku kostnym. Od tego czasu wielokrotnie stwierdzono, że komórki te istnieją także w innych tkankach, takich jak krew pępowinowa, tkanka tłuszczowa oraz mięśnie. Nie jest jeszcze ustalone czy komórki pobrane z takich tkanek są naprawdę takie same, lub podobne, do mezenchymalnych komórek macierzystych szpiku kostnego.

Szpik kostny zawiera wiele różnych typów komórek. Pośród nich możemy wyróżnić komórki macierzyste krwi (także zwane hematopoetycznymi komórkami macierzystymi; HSCs) oraz wiele innych typów komórek należących do grupy zwanej komórkami „mezenchymalnymi”. Tylko około 0,001 – 0,01% komórek w szpiku kostnym to mezenchymalne komórki macierzyste.

Stosunkowo łatwe jest pozyskanie mieszaniny różnych typów komórek mezenchymalnych ze szpiku kostnego dorosłego człowieka do celów naukowych. Jednak wyizolowanie mezenchymalnych komórek macierzystych, które stanowią bardzo małą frakcję populacji pozostaje bardziej skomplikowane. Niektóre z komórek w mieszaninie mogą być zdolne do tworzenia na przykład kości lub tłuszczu, ale nie posiadają wszystkich właściwości mezenchymalnych komórek macierzystych. Wyzwaniem jest zidentyfikowanie i wybranie komórek, które zdolne są zarówno do odnawiania się przy podziale komórki (wyprodukowanie samej siebie) jak i do zróżnicowania się w jedną z trzech typów komórek – kości, chrząstki lub tłuszczu. Nie został zrobiony znaczący postęp w tym kierunku. Interesujące jest to, że badania na ludziach utorowały drogą do podobnych badań na myszach. Oba rodzaje badań były zbieżne w zidentyfikowaniu niehematopoetycznych komórek macierzystych w szpiku kostnym (powszechnie zwanymi mezenchymalnymi komórkami macierzystymi) jako „szkieletowe” komórki macierzyste. Ten termin jest lepszy, ponieważ wszystkie typy komórek, które te komórki mogą wytworzyć, są znajdywane w tkankach, które wspólnie tworzą szkielet (kości, chrząstka, tłuszcz w przestrzeniach kostnych szpiku kostnego). Jeden bardzo ciekawych pomysłów mówi, że „szkieletowe” komórki macierzyste mogą tworzyć „niszą” lub dom dla innych typów komórek macierzystych, hematopoetycznych (krwi) komórek macierzystych. Oba typy żyłyby razem w kontakcie blisko naczyń krwionośnych szpiku kostnego.

Dotychczas nie ma żadnej dostępnej terapii wykorzystującej MSCs, ale ich przydatność kliniczna jest obecnie badana.

Naprawa kości i chrząstki

Zdolność MSC do różnicowania się w komórki kości, zwane osteoblastami, zainicjowała wczesne badania kliniczne mające na celu sprawdzenie bezpieczeństwa potencjalnych metod służących do naprawy kości. Celem tych badań jest odkrycie możliwych sposobów leczenia zlokalizowanych defektów kostnych (spowodowanych uszkodzeniem w konkretnym miejscu kości).

Inne badania koncentrują się na użyciu MSC do naprawy chrząstki, która pokrywa zakończenia kości i redukuje tarcie pomiędzy kośćmi w stawie. Chrząstka może być zniszczona poprzez nagłe uszkodzenie, spowodowane na przykład upadkiem, lub w ciągu dłuższego okresu poprzez schorzenia, takie jak bardzo bolesna choroba zwyrodnieniowa stawów. Po uszkodzeniu chrząstka nie ulega samoistnej  naprawie, najlepszą obecnie dostępną terapią na ciężkie uszkodzenia chrząstki są operacje zastępujące  zniszczony staw sztucznym. Ponieważ mezenchymalne komórki macierzyste mogą różnicować się w komórki chrząstki zwane chondrocytami, naukowcy mają nadzieję, że MSC mogą być wstrzyknięte pacjentowi w celu naprawy chrząstki w stawie. Naukowcy także badają czy wszczepione MSC mogą wydzielać substancje, które dawałyby sygnał komórkom pacjenta do naprawy uszkodzeń.

Aby takie terapie stały się rzeczywistością, wiele przeszkód musi być pokonanych. Na przykład, podczas transplantacji MSC, większość z nich jest gwałtownie usuwana z organizmu. Obecnie prowadzone są badania nad nowymi technikami transplantacji komórek, takich jak trójwymiarowe struktury lub rusztowania, które częściowo naśladują otoczenie panujące w danej części ciała, do której komórki mają być wszczepione. Rusztowania te utrzymują komórki i zachęcają je do różnicowania w pożądane typy komórek.

Naprawa serca i naczyń krwionośnych
Niektóre badania na myszach sugerują, że MSCs mogą ułatwiać formowanie się nowych naczyń krwionośnych w procesie zwanym neowaskularyzacją. Same MSCs nie tworzą nowych komórek naczyń krwionośnych, ale pomagają w tym procesie na wiele sposobów. Na przykład, mogą wydzielać białka, które stymulują inne komórki zwane prekursorami endotelium, które to tworzą wewnętrzną warstwę naczyń krwionośnych. Mogą one również „nadzorować” tworzenie się nowych naczyć krwionośnych z istniejących już komórek endotelialnych (te które spłaszczają naczynie krwionośne). Tego typu badania na zwierzętach dały nadzieję naukowcom na to, że MSCs mogą się przyczyniać do naprawy uszkodzonych naczyń krwionośnych po ataku serca lub w schorzeniach takimi jak niedokrwistość kończyn. Wiele wczesnych badań klinicznych z użyciem MSCs u pacjentów jest obecnie w toku, ale nie jest jeszcze pewne czy te metody będą skuteczne.

Choroby autoimmunologiczne i stany zapalne
Wiele badań sugeruje, że MSCs mogą unikać wykrycia przez system immunologiczny i mogą być przeszczepiane z jednego pacjenta do drugiego bez ryzyka odrzutu przez organizm biorcy. Jednak opinie te nie zostały do końca potwierdzone przez inne badania. MSCs są odrzucane jak każdy inny „nieswoisty” typ komórek.Możliwe jest również, że MSCs mogą spowalniać powielanie się komórek układu odpornościowego w organizmie zmniejszając tym samym zapalenie, co pomaga przy leczeniu odrzutów lub chorób autoimmunologicznych. Jednakże, hipotezy te muszą być potwierdzone i więcej dowodów naukowych jest potrzebnych aby stwierdzić czy MSCs mogą być naprawdę używane w takich terapiach.

Badania nad terapiami z użyciem MSCs są ciągle w powijakach i potrzeba zdecydowanie więcej pracy  zanim będą one mogły być powszechnie stosowane do leczenia pacjentów. W zasadzie te terapie mogą wykorzystywać zarówno zdolność tych komórek do tworzenia tkanek szkieletowych jak i zdolność do kierowania funkcjami komórek hematopoetycznych i komórek naczyń krwionośnych. Pozostają nadal pytania, jak kontrolować te komórki i jak będą się zachowywać po transplantacji do organizmu. Należy się też zastanowić jak mogą być one dostarczone do docelowego miejsca, aby mogły skutecznie działać. Dzięki badaniom nad tym jak MSCs współpracują i oddziałują na organizm, naukowcy mają nadzieję na stworzenie bezpiecznych i skutecznych metod leczenia w przyszłości.

Broszura ta zostały stworzona przez Clara Sanz Nogués oraz Mikey Creane i sprawdzone przez Paolo Bianco.

Tłumaczenie na język polski: Mieszko Wilk.

Rycina ludzkich MSCs (główna rycina) wykonana przez Marc Healy, NUI Galway. Diagramy i zdjęcia ludzkich MSCs wykonane przez Clara Sanz, NUI Galway. Ryciny barwionych niezróżnicowanych i zróżnicowanych MSCs zaczerpnięte z: „Mesenchymal stem cells: Clinical applications and biological characterization”,Int J Biochem Cell Biol (2004) 36 (4): 568-584 i wykorzystane za zgodą autorów oraz wydawnictwa Elsevier.


Ostatnia aktualizacja: