Rak: choroba komórek macierzystych?

Fakty Rak

Rak jest przedmiotem intensywnych badań naukowych na całym świecie, pomimo tego wiele pytań dotyczących rozwoju raka pozostaje bez odpowiedzi. Jednym z nich jest pytanie: jak właściwie rak powstaje i jak rośnie? Odpowiedz na to pytanie może dać teoria rakowych komórek macierzystych, która jednocześnie może wyjaśnić dlaczego tak wielu pacjentów cierpi z powodu nawrotów choroby nowotworowej. 

Mutacje w genach kontrolujących podział komórki mogą doprowadzić do przekształcenia zdrowych komórek w komórki nowotworowe. Jednakże nadal nie jest jasne, w jaki sposób komórki nowotworowe tworzą guz.

Jedynie niektóre komórki w guzie kontynuują podziały i namnażanie się. Obserwacja ta doprowadziła do sformułowania dwóch teorii dotyczących wzrostu guza.

Model nowotworowych komórek macierzystych zakłada, że nowotworowe komórki macierzyste produkują wszystkie inne komórki występujące w guzie. Niektóre komórki nowotworowe mogą dzielić się bardzo szybko, jednakże tylko nowotworowe komórki macierzyste mogą produkować nowe komórki w nieskończoność.

Model stochastyczny sugeruje, że wiele komórek w guzie ulega replikacji, różnicowaniu i w równym stopniu przyczynia się do wzrostu guza.

Istnieje wiele niewiadomych dotyczących nowotworowych komórek macierzystych, w tym to, czy w ogóle istnieją one w przypadku wszystkich rodzajów nowotworów. Nie ma jednoznacznego dowodu przemawiającego za jedną z tych teorii, jednakże jest możliwe, że w przypadku różnych rodzajów raka właściwe są różne teorie. Badacze szukają bardziej bezpośrednich dowodów na obecność nowotworowych komórek macierzystych w guzach.

Badacze próbują ustalić, które komórki stają się komórkami rakowymi. Czy każda komórka może stać się nowotworową komórką macierzystą lub czy nowotworowe komórki macierzyste pochodzą tylko ze zmutowanych genów w naturalnych komórkach macierzystych?

Badacze chcą dowiedzieć się, czy różne geny, mutacje, sygnały i warunki środowiska wpływają na zachowanie komórek nowotworowych. Nie jest to łatwe, ponieważ badanie nowotworowych komórek macierzystych wymaga często izolacji komórek w laboratorium, gdzie mogą się one zachowywać inaczej niż w organizmie.

Cancer

U zdrowego, dorosłego człowieka pewne komórki dzielą się i produkują komórki potomne. Proces podziałów komórkowych jest ściśle kontrolowany i ma na celu zapewnienie wzrostu organizmu oraz zastąpienie komórek obumarłych lub uszkodzonych nowymi komórkami. W raku, komórki dzielą się w sposób niekontrolowany, co prowadzi do formowania się nieregularnej masy komórek, zwanej guzem nowotworowym. Komórki rakowe są poza kontrolą, ponieważ w ich genach nastąpiły mutacje (zmiany). Mutacje genetyczne gromadzą sie podczas podziałów komórkowych oraz kiedy komórki ulegają starzeniu, ale zdarza się, że pewne kombinacje mutacji genetycznych mogą prowadzić do rozwoju raka.

Pomimo intensywnych badań nad rakiem, właściwie nadal nie jest wiadomo w jaki sposób rośnie guz nowotworowy. Bardzo często guz nowotworowy jest uformowany przez mieszaninę różnych rodzajów komórek, gdzie niektóre komórki dzielą się nieustannie, podczas gdy inne przekształcają się w komórki bardziej dojrzałe i zaprzestają podziałów komórkowych.

Istnieją dwie teorie, które mogą wyjaśnić jak powstaje guz nowotworowy, są to: teoria rakowych komórek macierzystych i stochastyczny model rozwoju raka. 

Teorie rozwoju raka
Teorie rozwoju raka: Teoria rakowych komórek macierzystych sugeruje ściśle określaną hierarchię komórek w guzie nowotworowym. Model stochastyczny mówi, że wzrost guza nowotworowego jest procesem przypadkowym, w którym wszystkie komórki mogą przyczynić się do rozwoju guza nowo.

Teoria rakowych komórek macierzystych sugeruje, że guzy nowotworowe rosną jak normalne tkanki organizmu, gdzie w punkcie wyjścia komórki macierzyste jako zorganizowany system produkują nowe komórki i zapewniają rozwój tkanki. 

Według tej teorii, guzy nowotworowe zawierają: :

  • Rakowe komórki macierzyste, które dzielą się i zapewniają wzrost guza.
    Komórki te maja zdolność do samoodnawiania (powielania sie) i są w stanie produkować bardziej dojrzałe komórki, zwane komórkami prekursorowymi (ang. transit amplifying cells).
  • Komórki prekursorowe, które dzielą sie określoną ilość razy a następnie różnicują w wyspecjalizowane komórki guza nowotworowego.
  • Wyspecjalizowane komórki guza.
    Komórki te nie ulegają kolejnym podziałom komórkowym i przez to nie przyczyniają się do wzrostu guza. 

Według tej teorii, komórki w guzie nowotworowym są ścisle uporządkowane w zorganizowanym systemie, gdzie rakowe komórki macierzyste znajdują sie na szczycie hierarchii i dają początek wszystkim pozostałym komórkom rakowym. 

Stochastyczny model rozwoju raka przedstawia odmienne, ale równie prawdopodobne objaśnienie wzrostu guza nowotworowego. Teoria ta podtrzymuje, że wszystkie komórki rakowe mają tę samą zdolność do podziału i wzrostu, ale każda komórka wybiera przypadkowo pomiędzy samoodnowianiem a różnicowaniem się. Komórki w guzie nowotworowym nie są uporządkowane w ścisłe zorganizowanym systemie – każda komórka ma ten sam wewnętrzny potencjał pozwalający jej przyczynić się do rozwoju guza. 

Różne rodzaje raka mogą rozwijać sie w różny sposoby, wiec jest możliwe, że obie teorie są prawdziwe. Być może odnoszą się do różnych rodzajów nowotworów lub do tego samego nowotworu na różnym etapie jego rozwoju. 

Nie ma rozstrzygających dowodów przemawiających na korzyść którejś z obu teorii wyjaśniających wzrost guza nowotworowego. Jednakże, rosnąca ilość dowodów sugeruje, że teoria rakowych komórek macierzystych jest prawdziwa w niektórych przypadkach.

Pierwszy dowód przemawiający na korzyść teorii rakowych komórek macierzystych pochodzi z badań nad ludzka białaczką. Naukowcy odkryli, że tylko pewna grupa komórek białaczkowych może spowodować białaczkę po ich przeszczepieniu do zdrowego organizmu, co jest kluczową cechą rakowych komórek macierzystych. Od czasu tego odkrycia, wielu naukowców na całym świecie zidentyfikowało komórki, które posiadają cechy rakowych komórek macierzystych w różnych nowotworach mysich i ludzkich, włączając nowotwory piersi, mózgu, skóry, prostaty i jelita. W niektórych rodzajach nowotworów rakowe komórki macierzyste występują rzadko, jak na przykład w raku jelita. Inne rodzaje nowotworów, jak na przykład czerniak złośliwy posiada bardzo dużą ilość komórek, które posiadają cechy rakowych komórek macierzystych. 

Rakowe komórki macierzyste są kontrowersyjne

Teoria rakowych komórek macierzystych jest sporna, ponieważ dowody na istnienie rakowych komórek macierzystych opierają sie wyłącznie na doświadczeniach przeprowadzonych z użyciem ściśle określonej populacji komórek wyizolowanej z guza nowotworowego, a następnie transplantacji tych komórek. Jednakże posługując się metodą transplantacji, niemożliwe jest dokładne odzwierciedlenie naturalnych warunków w jakich rozwija się guz nowotworowy. Aby udowodnić, że przeszczepione komórki są rzeczywiście rakowymi komórkami macierzystymi naukowcy powinni wziąć pod uwagę indywidualne komórki i znaleźć bezpośrednie dowody na to, że te komórki rzeczywiście wspomagają rozwój guza w jego naturalnym środowisku w organizmie. 

Jeżeli rakowe komórki macierzyste są odpowiedzialne za utrzymanie rozwoju guza nowotworowego, wówczas wyeliminowanie tych komórek ostatecznie doprowadziłoby do całkowitego wyleczenie pacjentów z choroby nowotworowej.

Rakowe komórki macierzyste i terapia
Rakowe komórki macierzyste i terapia: Jeżeli leczenie przeciwnowotworowe prowadzi do wyniszczenia masy guza nowotworowego, ale oszczędza rakowe komórki macierzyste, wówczas rakowe komórki macierzyste będą w stanie kontynuować samoodnowę i moga spowodować ponowny wzrost guza nowotworowego.

Sugerowano również, że rakowe komórki macierzyste są bardziej oporne na chemio-­‐ i radioterapię w porównaniu z innymi komórkami guza nowotworowego. To mogłoby wytłumaczyć nawroty choroby nowotworowej po zastosowaniu terapii. Ponadto zrozumienie mechanizmu lekooporności w rakowych komórkach macierzystych mogłoby doprowadzić do rozwoju nowego i skuteczniejszego leczenia nowotworów.

Wiele pytań na temat rozwoju raka pozostaje bez odpowiedzi. Istnieje potrzeba przeprowadzenia większej ilości badań, aby dokładnie określić jak rozwijają się różne rodzaje nowotworów i jaki jest ich mechanizm lekooporności. Czy wszystkie guzy nowotworowe zawierają rakowe komórki macierzyste? Jaka komórka jest komórką zalążkową, lub punktem wyjścia dla różnych rodzajach nowotworów? Naukowcy badają również w jaki sposób są kontrolowane rakowe komórki macierzyste. Które geny, białka lub inne związki są zaangażowane w ich rozwój i utrzymanie ich wzrostu? Czy bezpośrednie otoczenie guza lub jego mikrośrodowisko ma wpływ na to jak zachowują sie rakowe komórki macierzyste? Odpowiedzi na te pytania będą miały znaczenie przy wyborze właściwej strategii w leczeniu nowotworów w przyszłości.

Ten arkusz stworzył: Cédric Blanpain.
Ilustracje: Cédric Blanpain, Benjamin Beck, Khalil Kass Youssef and Gaelle Lapouge.

Tłumaczenie na język polski: Agnieszka Chęcińska.