Somatyczne komórki macierzyste

Definicja

Somatyczne komórki macierzyste to niezróżnicowane komórki, które rezydują w wielu tkankach dorosłego organizmu, gdzie odgrywają istotną rolę w utrzymaniu homeostazy oraz w naprawie uszkodzonych tkanek. Jako komórki macierzyste mają zdolność do samoodnawiania oraz różnicowania. Populacje somatycznych komórek macierzystych, związane ze specyficznym mikrośrodowiskiem swoich nisz komórkowych, są heterogenne i dynamiczne, składają się zarówno z komórek aktywnych, jak i znajdujących się w stanie spoczynku. Somatyczne komórki macierzyste są atrakcyjnym narzędziem dla medycyny regeneracyjnej, gdyż w porównaniu z niektórymi rodzajami unieśmiertelnionych lub indukowanych pluripotencjalnych linii komórkowych nie niosą ze sobą ryzyka powstawania nowotworów, nie pochodzą z zarodków, oraz wykazują niską immunogenność nawet w układach allogenicznych.

Rodzaje somatycznych komórek macierzystych

Najczęściej wykorzystywanymi rodzajami somatycznych komórek macierzystych są komórki mezenchymalne, hematopoetyczne, nerwowe oraz nabłonkowe.

• Źródłem nabłonkowych komórek macierzystych może być np. jelito cienkie, gdzie komórki macierzyste rezydują w gruczołach oraz kosmkach jelitowych, i różnicują w enterocyty, komórki kubkowe oraz komórki enteroendokrynowe.
• Komórki hematopoetyczne (krwiotwórcze) znajdują się przede wszystkim w szpiku kostnym, a także w krwi pępowinowej oraz (w mniejszych ilościach) w krwi obwodowej. Mogą one różnicować we wszystkie rodzaje komórek krwi oraz układu odpornościowego i z powodzeniem przeprowadza się procedury ich przeszczepienia.
• Nerwowe komórki macierzyste (ang. neural stem cells - NSC) znajdują się w dwóch neurogennych niszach dorosłego mózgu: w strefie podkomorowej oraz w zakręcie zębatym. Ogółem różnicują one w neurony, astrocyty oraz oligodendrocyty, choć nie każda komórka NSC jest zdolna różnicować we wszystkie te trzy typy komórek. Komórki NSC traktuje się jako materiał do terapii regeneracyjnej chorób neurodegeneracyjnych, chociaż ich główną funkcją w organizmie jest wspomaganie plastyczności mózgu, uczenia się i zapamiętywania, a nie naprawa uszkodzeń. Ponadto, wykorzystanie NSC do celów terapeutycznych jest utrudnione ze względu na ich lokalizację; wymagany jest przeszczep śródmózgowy lub ksenotransplantacja (przeszczepienie komórek pochodzących od innego gatunku), lub jedynie stymulacja już znajdujących się w niszy komórek pacjenta. Ponadto, istnieją obawy co do pełnej integracji przeszczepionych komórek z otaczającą tkanką, oraz wpływu takiej procedury na funkcjonowanie mózgu.
• Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) są najczęściej wykorzystywanym rodzajem somatycznych komórek macierzystych, dzięki swojej wysokiej zdolności do proliferacji, multipotencji (jednakże zazwyczaj najłatwiej różnicują w komórki tego rodzaju tkanki, z której zostały pobrane), oraz właściwościom immunomodulującym. Po raz pierwszy opisane jako element szpiku kostnego, obecnie komórki MSC zostały wykryte w większości unaczynionych tkanek.

Źródła mezenchymalnych komórek macierzystych

• Szpik kostny. Zawiera MSC zdolne do różnicowania w wiele typów komórek, w tym osteoblasty, chondrocyty, hepatocyty i inne. MSC pochodzące ze szpiku kostnego stanowią efektywny materiał dla celów terapeutycznych, chociaż ich potencjał różnicowania zależy od wielu czynników między innymi od wieku dawcy. Niestety, procedura ich pobrania jest jedną z bardziej inwazyjnych metod pozyskiwania MSC.
• Tkanka tłuszczowa. Bogata w MSC obdarzone wysoką zdolnością proliferacji, łatwe do pozyskania metodą liposukcji i różnicujące się w komórki tkanki tłuszczowej, kostnej, chrzęstnej oraz mięśniowej.
• Mięsień szkieletowy. W odróżnieniu od unipotencjalnych komórek satelitowych, różnicujących się jedynie w komórki miogenne, MSC pochodzące z mięśni szkieletowych zdolne są także do osteo- oraz chondrogenezy, chociaż używa się ich głównie do naprawy tkanek mięśniowych, w tym mięśnia sercowego. Charakteryzują się wysoką zdolnością odnawiania się, i można je pozyskać metodą biopsji z dowolnego mięśnia pacjenta.
• Skóra. Stanowi źródło komórek o dużej zdolności proliferacji. Najczęściej stosowane w regeneracji samej skóry, np. w leczeniu ciężkich oparzeń, ale są również zdolne do różnicowania w mio-, adipo-, osteo- oraz chondrocyty, a także komórki układu nerwowego lub trzustki. MSC można także wyizolować z mieszków włosowych, co jest prawdopodobnie najłatwiejszą oraz najmniej inwazyjną metodą pozyskania komórek macierzystych; MSC z mieszka włosowego posiadają zdolność adipo- oraz osteogenezy.
• Miazga zęba. Jako że zabiegi dentystyczne stanowią powszechnie wykonywaną procedurę, miazga zęba jest łatwo dostępnym źródłem komórek macierzystych. MSC z miazgi zęba są najczęściej wykorzystywane do regeneracji tkanki kostnej lub nerwowej; natomiast ich zdolność do chondrogenezy jest ograniczona w porównaniu z innymi rodzajami MSC. Ponadto, niektóre badania wykazują spadek aktywności proliferacyjnej MSC miazgi wraz z upływem czasu.
• Łożysko. Bogate źródło MSC charakteryzujących się wysokim tempem proliferacji oraz silnym efektem immunosupresyjnym. Jako jedne z niewielu MSC są one także zdolne do różnicowania w hepatocyty oraz komórki trzustki.
• Płyn owodniowy. MSC pochodzące z płynu owodniowego najczęściej wykorzystuje się w układzie autologicznym, jako czynnik wspierający naprawę tkanek przy operacjach wrodzonych defektów takich jak rozszczep kręgosłupa, przepuklina przeponowa czy wady serca. Płyn owodniowy jest łatwy do pobrania za pomocą igły; niewielka ilość jest wystarczająca dla założenia hodowli znajdujących się w nim komórek, gdyż odznaczają się one wysokim tempem proliferacji.
• Krew obwodowa. Krew obwodowa jest łatwa do pobrania nawet w większych ilościach, niestety jednak jest ubogim źródłem komórek MSC. Ich potencjał do adipogenezy jest wyższy niż w przypadku MSC pochodzących ze szpiku kostnego, lecz zdolność do różnicowania w inne typy komórek jest niższa w porównaniu z wyżej wymienionymi rodzajami MSC.