Komórki macierzyste

Definicja

Komórki macierzyste, nazywane również komórkami pnia (ang. stem cells), to pierwotne, niewyspecjalizowane komórki, które mają nieograniczoną zdolność do samoodnowy oraz różnicowania się w wyspecjalizowane komórki potomne tworzące tkanki i narządy. Komórki macierzyste są obecne zarówno w zarodkach, jak i w dorosłym organizmie. Poprawne funkcjonowanie organizmu zależne jest od homeostazy tkankowej a utrzymanie homeostazy związane jest z pulą komórek macierzystych utrzymującą w równowadze liczbę komórek somatycznych organizmu. W każdym narządzie organizmu systematycznie powstają nowe komórki, które dojrzewają, różnicują się w wyspecjalizowane komórki danego narządu a po wypełnieniu swojej funkcji biologicznej giną w procesie apoptozy. Komórki macierzyste, rezydujące w niszy komórkowej danego narządu, otrzymują sygnały z otoczenia uszkodzonej tkanki i rozpoczynają proces naprawy prowadzący do regeneracji tkanek.

Rodzaje komórek macierzystych

1. Komórki totipotencjalne – najbardziej pierwotne komórki, są to jedyne komórki w organizmie zdolne do różnicowania się do każdego typu embrionalnych komórek somatycznych i powstania całego organizmu. Powstają w wyniku zapłodnienia tworząc zygotę a następnie w dalszym procesie rozwojowym tworzą blastomery. Są zdolne do tworzenia łożyska, łączącego płód z organizmem matki.
2. Komórki pluripotencjalne – są to komórki potomne totipotencjalnych komórek macierzystych i mogą dać początek komórkom trzech listków zarodkowych: ektodermy, endodermy i mezodermy. Komórki te są zdolne do organizowania się i tworzenia dowolnej tkanki w procesie embriogenezy (z wyjątkiem komórek łożyska). Wraz z rozwojem płodu i formowaniem się odrębnych struktur tkankowych, komórki pluripotencjalne tracą zdolność do zróżnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych na rzecz komórek tkankowo-specyficznych. Komórki pluripotencjalne można spotkać tylko podczas rozwoju embrionalnego, nie mogą jedynie przekształcić się powrotnie w komórki totipotencjalne.
3. Komórki multipotencjalne – to komórki charakteryzujące się zdolnością do tworzenia tkanek w obrębie jednego z trzech listków zarodkowych
   • Pierwszy listek zarodkowy (ektoderma) – tkanka nerwowa, tkanka nabłonkowa, przydatki skórne,
   • Drugi listek zarodkowy (endoderma) – układ trawienny, układ oddechowy, układ endokrynny, układ moczowy, narządy zmysłów,
   • Trzeci listek zarodkowy (mezoderma) – tkanka kostna, tkanka chrzęstna, mięśnie szkieletowe, mięśnie gładkie, mięsień sercowy, ścięgna, więzadła, tkanka tłuszczowa. Przykładem multipotencjalnych komórek trzeciego listka zarodkowego są mezenchymalne komórki macierzyste (ang. mesenchymal stem cells - MSC).Komórki multipotencjalne rezydują w niszach komórkowych a ich liczba zwykle maleje wraz z wiekiem i wraz ze zdolnością do samoodnowy organizmu.
4. Komórki unipotencjalne – komórki wyspecjalizowane do różnicowania się w kierunku zdefiniowanych komórek danej tkanki z zachowaną zdolnością do podziałów (w przeciwieństwie do komórek dojrzałych). Przykładem komórek unipotencjalnych są np. komórki satelitowe mięśni szkieletowych różnicujące się do mioblastów a następnie do miocytów - dojrzałych komórek mięśniowych, lub osteoblasty różnicujące się w komórki tworzące kość. Komórki unipotencjalne rezydują w tkankach i odpowiadają na sygnały związane z uszkodzeniem tkanki poprzez ich aktywację i następową regenerację tkanki.

Klasyfikacja komórek macierzystych ze względu na źródło pochodzenia

1. Embrionalne (zarodkowe) komórki macierzyste – pochodzą z komórek zarodka (komórki totipotencjalne) lub z węzła zarodkowego blastocysty (komórki pluripotencjalne), mogą przekształcić się we wszystkie rodzaje komórek organizmu. Jednakże, użycie embrionalnych komórek macierzystych w celach terapeutycznych budzi wątpliwości natury etycznej, zatem ich zastosowanie nie powinno mieć miejsca w medycynie regeneracyjnej.
2. Płodowe komórki macierzyste – mogą być pozyskane z krwi pępowinowej i z tkanek popłodu, takich jak pępowina czy łożysko; tkanki te stanowią naturalne źródło ich pozyskania, a niewykorzystane poddawane są utylizacji medycznej.
3. Somatyczne komórki macierzyste – dojrzałe komórki, znajdują się w tkankach dorosłego organizmu i są odpowiedzialne za ich regenerację. Są to zarówno komórki multipotencjalne (m. in. komórki krwiotwórcze) jak i komórki unipotencjalne (np. komórki satelitowe mięśni szkieletowych). Pozyskanie somatycznych komórek macierzystych jest dobrze udokumentowane i wiele z nich znalazło zastosowanie w terapiach komórkowych np. przeszczepianie komórek krwiotwórczych w schorzeniach układu hematologicznego.