Komórki macierzyste krwi: pionierzy w badaniach nad komórkami macierzystymi
Komórki macierzyste krwi to pierwsze odkryte komórki macierzyste. Ich odkrycie w 1960 roku zapoczątkowało badania nad komórkami macierzystymi. Dziś naukowcy nadal zdobywają wiedzę o komórkach macierzystych krwi i pracują nad opracowaniem nowych sposobów ich wykorzystania w klinice.
Pierwszymi odkrytymi komórkami macierzystymi były zidentyfikowane w latach sześćdziesiątych XX w. komórki macierzyste krwi ( hematopoetyczne komórki macierzyste).
Komórki macierzyste krwi znajdują się przede wszystkim w szpiku kostnym i wytwarzają wszystkie rodzaje komórek znajdujących się we krwi, również komórki istotne dla funkcjonowania układu odpornościowego.
Przeszczepy komórek macierzystych krwi są często stosowane w leczeniu chorób takich jak białaczka, anemia czy choroby autoimmunologiczne.
Procedury te niosą ze sobą znaczne ryzyko powikłań. Przez kilka tygodni po przeszczepie pacjenci są podatni na infekcje, a komplikacje takie jak choroba przeszczep przeciw gospodarzowi może być śmiertelna.
Aby poprawić jakość leczenia, naukowcy badają pochodzenie komórek macierzystych krwi w embrionach oraz jakie sygnały kontrolują komórki macierzyste krwi u dorosłych.
Analizowane są również przyczyny niewłaściwego funkcjonowania komórek macierzystych krwi, prowadzącego do chorób takich jak białaczka i anemia.
Naukowcy opracowują w laboratoriach sposoby produkcji krwi do transfuzji, co wyeliminowałoby konieczność pobierania krwi od dawców i badania jej pod kątem różnych chorób.
Obecnie badana jest również możliwość wykorzystania pluripotencjalnych komórek macierzystych do produkcji komórek macierzystych krwi, co pozwoli uniknąć dobierania dawców do pacjentów oraz wyeliminuje ryzyko niezgodności krwi.
Dwa główne wyzwania związane z przeszczepami komórek macierzystych krwi to ryzyko infekcji oraz niekompatybilność pacjenta i dawcy. Oba te zagadnienia są obecnie intensywnie badane.
Badania pozwalające lepiej zrozumieć, jakie sygnały zapoczątkowują tworzenie komórek macierzystych krwi i kontrolują ich zachowanie stanowią długi i żmudny proces.
Wytwarzanie krwi lub komórek macierzystych krwi w laboratorium wymaga od naukowców ścisłego kontrolowania zachowania tych komórek, aby wyprodukować komórki jednolite jakościowo. Zadanie to staje się trudniejsze podczas wytwarzania większej ilości komórek.
Komórki macierzyste krwi są również nazywane hematopoetycznymi komórkami macierzystymi. Tak, jak inne komórki macierzyste mogą one odnawiać własną populację lub różnicować. Powstają z nich różne wyspecjalizowane komórki krwi: zarówno krwinki czerwone (erytrocyty), jak i różne rodzaje krwinek białych (leukocytów), które są potrzebne układowi odpornościowemu.
Wyspecjalizowane komórki krwi żyją krótko, a więc muszą być wciąż produkowane. Odpowiadają za to komórki macierzyste krwi. Znajdują się one w szpiku kostnym kości długich, takich jak kość udowa, a także w kościach biodrowych w miednicy, kręgach (kręgosłup) i mostku klatki piersiowej. Mogą też być uzyskiwane z krwi pępowinowej i łożyska po urodzeniu.
Odpowiednia liczba komórek krwi powstających z komórek macierzystych krwi jest ważna dla prawidłowego stanu organizmu. Powstawanie komórek krwi jest ściśle kontrolowane. Jeśli dochodzi do nieprawidłowości, może rozwinąć się choroba, na przykład białaczka lub niedokrwistość.
Komórki macierzyste krwi są powszechnie stosowane do leczenia takich chorób. Badanie przeprowadzone w 2008 roku wykazało, że każdego roku w Europie ponad 26 tysięcy pacjentów jest leczonych komórkami macierzystymi krwi. Komórki te pochodzą z trzech źródeł – szpiku kostnego, układu krwionośnego (krwi obwodowej) osób dorosłych lub krwi pępowinowej.
- Przeszczepy szpiku kostnego to w rzeczywistości przeszczepy komórek macierzystych krwi. Takie transplantacje mogą być wykorzystane do leczenia pacjentów z chorobami krwi takimi, jak białaczka, chłoniak lub szpiczak mnogi. Po zastosowaniu wysokich dawek chemioterapii lub radioterapii własne komórki macierzyste krwi pacjenta są niszczone. Pobrany od dawcy szpik kostny zawierający zdrowe komórki macierzyste krwi jest przeszczepiany pacjentowi. Przeszczepione komórki mogą wytwarzać komórki krwi w ciele biorcy.
- Komórki macierzyste krwi mogą być także uzyskiwane z krwioobiegu (krwi obwodowej). Za pomocą różnych białek można sprawić, by komórki macierzyste krwi znajdujące się w szpiku kostnym przemieściły się do krwi obwodowej, skąd można pobrać je do przeszczepu. Komórki macierzyste uzyskane z krwi obwodowej są najczęściej stosowane do leczenia nowotworów, takich jak białaczki i chłoniaki.
- Komórki macierzyste krwi mogą być wyizolowane z krwi pępowinowej po urodzeniu. Komórki te mogą być użyte do leczenia dzieci z niektórymi chorobami krwi, jak białaczka, wrodzony niedobór odporności, niedokrwistość i anemia sierpowata. Naukowcy poszukują sposobów na to, by zwiększyć liczbę komórek uzyskiwanych z krwi pępowinowej tak, by można je było rutynowo stosować do leczenia osób dorosłych.
Naukowcy cały czas zdobywają wiedzę o tym, jak komórki macierzyste krwi powstają w rozwijającym się zarodku, a także, jak są kontrolowane w organizmie dorosłym i z czego wynikają różne choroby krwi. Wykorzystują również najnowszą wiedzę o komórkach macierzystych krwi w celu opracowywania nowych sposobów leczenia pacjentów. Przeszczep szpiku kostnego jest możliwy tylko wtedy, gdy dostępny jest odpowiedni dawca. Pacjent i dawca muszą zostać ostrożnie dobrani tak, by nie doszło do odrzucenia przeszczepu przez układ odpornościowy biorcy. Nawet, gdy odpowiedni dawca zostanie znaleziony i tak istnieje niewielkie ryzyko odrzucenia przeszczepu. Komórki macierzyste krwi pępowinowej nie muszą być idealnie dopasowane do biorcy, ale nie ma ich wystarczająco, by wyleczyć dorosłą osobę. Konieczne jest więc znalezienie alternatywnych rozwiązań.
Naukowcy poszukują sposobów na uzyskanie dużej liczby komórek macierzystych krwi w laboratorium. Rozwijają również metody pozwalające na hodowlę wyspecjalizowanych komórek krwi uzyskanych z komórek macierzystych krwi, przykładowo po to, by uzyskać krwinki czerwone do transfuzji krwi.
Krwinki czerwone z komórek pluripotencjalnych
Krwinki czerwone transportują tlen w ciele. Pacjentom, którzy stracą dużo krwi trzeba jak najszybciej uzupełnić jej niedobór przez transfuzję. Nie ma wystarczającej liczby dawców, by zapewnić krew wszystkim potrzebującym, więc naukowcy poszukują alternatywnego rozwiązania. Ponieważ pluripotencjalne komórki macierzyste mają zdolność do różnicowania w każdy rodzaj komórek ciała mogłyby potencjalnie służyć jako niewyczerpane źródło krwinek czerwonych. Już teraz w laboratorium można uzyskać niewielką liczbę krwinek czerwonych z komórek pluripotencjalnych. Wyzwaniem pozostaje opracowanie metod pozwalających na wytwarzanie w warunkach laboratoryjnych dużej liczby krwinek czerwonych potrzebnych do transfuzji.
Uzyskiwanie komórek macierzystych krwi w laboratorium
Krwinki czerwone, tak jak i inne dojrzałe komórki krwi żyją krótko i wykonują określone zadania. Długoterminowe leczenie chorób krwi wymaga od lekarzy zastosowania do transplantacji komórek zdolnych do wytwarzania nowych wyspecjalizowanych komórek krwi przez całe życie biorcy, a więc komórek macierzystych krwi. Naukowcy poszukują sposobów na uzyskanie niewyczerpanego źródła komórek macierzystych krwi. Jedną z możliwości jest pobranie komórek macierzystych ze szpiku kostnego, a następnie ich namnożenie w laboratorium. Naukowcy próbują także uzyskać komórki macierzyste krwi z zarodkowych komórek macierzystych lub indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (komórek iPS). Komórki iPS można uzyskiwać z komórek skóry pacjenta, a następnie przekształcać je w komórki macierzyste krwi. To mogłoby rozwiązać problem odrzucenia przeszczepu.
Przygotowanie tekstu: Christèle Gonneau, Lesley Forrester i Cristina Pina.
Tłumaczenie na język polski: Iwona Grabowska
Główny obraz komórek krwi: Anne Weston/Wellcome Images. Fotografia komórek macierzystych krwi reprodukowana za zgodą z publikacji Taoudi et al. (2005) "Progressive divergence of definitive haematopoietic stem cells from the endothelial compartment does not depend on contact with the foetal liver", Development 132: 4179- 4191. Diagram “Powstawanie komórek krwi”: Christele Gonneau. Rysunki komórek krwi wykorzystane dzięki uprzejmości Jonasa Larssona, Lund Univeristy, Sweden. Pozostałe obrazki zamieszczono dzięki uprzejmości Joanne Mountford, Uniwersytet w Glasgow.